BR112013009552B1 - RECOMBINANT MICROORGANISM PRODUCING 1-BUTANOL AND METHOD FOR PRODUCTION OF 1-BUTANOL - Google Patents

RECOMBINANT MICROORGANISM PRODUCING 1-BUTANOL AND METHOD FOR PRODUCTION OF 1-BUTANOL Download PDF

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Michael Koepke
Fung-Min Liew
Sean Dennis Simpson
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Lanzatech Nz, Inc
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Abstract

PRODUÇÃO DE BUTANOL A PARTIR DE MONÓXIDO DE CARBONO POR UM MICRO-ORGANISMO RECOMBINANTE. A invenção refere-se, de modo geral, a novos micro- organismos geneticamente modificado capazes de utilizar CO para produzir 1-butanol e/ou um precursor do mesmo, metiltransferases e novos ácidos nucleiios que codificam a mesma, métodos de produção de micro-organismos geneticamente modificados utilizando as referidos novas metiltransferases e métodos de produção de 1-butanol e/ou um precursor do mesmo por meio de fermentação microbiana.PRODUCTION OF BUTANOL FROM CARBON MONOXIDE BY A RECOMBINANT MICRO-ORGANISM. The invention relates, in general, to new genetically modified microorganisms capable of using CO to produce 1-butanol and/or a precursor thereof, methyltransferases and new nucleic acids encoding the same, methods of producing genetically modified microorganisms using said new methyltransferases and methods of producing 1-butanol and/or a precursor thereof by means of microbial fermentation.

Description

CAMPOFIELD

A presente invenção refere-se a métodos para a produção de bi- ocombustíveis por meio de fermentação microbiana e micro-organismos ge- neticamente modificados adequados para uso em tais métodos.The present invention relates to methods for the production of biofuels by means of microbial fermentation and genetically modified microorganisms suitable for use in such methods.

ANTECEDENTESBACKGROUND

Butanol é um produto químico importante com uma ampla faixa de usos industriais que tem uma produção mundial de 4,5-5,5 milhões de toneladas por ano. Ele é usado como um precursor para a produção de éste- res de acrilato e metacrilato (usados em revestimentos, plásticos, têxteis, adesivos, etc.), glicol éteres (revestimentos, componentes eletrônicos) e ace- tato de butila (tintas, revestimentos, flavorizantes de fruta sintéticos), bem como butilaminas (produção de pesticidas e produtos farmacêuticos) e resi- nas de amina. Ele também tem uso direto como um solvente (em tinta, co- rantes, etc.), um agente de extração (para a produção de fármacos e subs- tâncias naturais, tais como alcaloides, antibióticos, hormônios e vitaminas) e em fluidos de degelo, cosméticos e cromatografia.Butanol is an important chemical with a wide range of industrial uses with a worldwide production of 4.5–5.5 million tonnes per year. It is used as a precursor for the production of acrylate and methacrylate esters (used in coatings, plastics, textiles, adhesives, etc.), glycol ethers (coatings, electronic components) and butyl acetate (paints, coatings, synthetic fruit flavours), as well as butylamines (production of pesticides and pharmaceuticals) and amine resins. It also has direct uses as a solvent (in paint, dyes, etc.), an extraction agent (for the production of pharmaceuticals and natural substances such as alkaloids, antibiotics, hormones and vitamins) and in de-icing fluids, cosmetics and chromatography.

Butanol também tem potencial como um biocombustível de se- gunda geração e, neste contexto, é referido como Biobutanol (Kopke & Dür- re, 2010). Ele tem propriedades similares à gasolina e propriedades superio- res ao etanol. Especificamente, ele tem alta octanagem em virtude de maior densidade de energia, pode ser misturado com a gasolina em qualquer con- centração (enquanto que o etanol pode ser misturado apenas até 85%) e não é higroscópico ou corrosivo.Butanol also has potential as a second-generation biofuel and in this context is referred to as Biobutanol (Kopke & Dürre, 2010). It has properties similar to gasoline and superior to ethanol. Specifically, it has a high octane rating due to higher energy density, can be blended with gasoline at any concentration (whereas ethanol can be blended only up to 85%), and is non-hygroscopic and non-corrosive.

Biocombustíveis para transporte são substitutos atraentes para a gasolina e são combustíveis que entram rapidamente no mercado como mis- turas de baixa concentração. Biocombustíveis, derivados de fontes vegetais naturais, são mais ambientalmente sustentáveis do que aqueles derivados de recursos fósseis (tal como gasolina), seu uso permitindo uma redução nos níveis do assim denominado gás dióxido de carbono (CO2) fóssil que é liberado na atmosfera como um resultado de combustão de combustível. Além disso, biocombustíveis podem ser produzidos localmente em muitas localidades e podem atuar para reduzir a dependência de recursos de ener- gia fóssil importada.Biofuels for transportation are attractive substitutes for gasoline and are rapidly entering the market as low-concentration blends. Biofuels, derived from natural plant sources, are more environmentally sustainable than those derived from fossil resources (such as gasoline), their use allowing a reduction in the levels of so-called fossil carbon dioxide (CO2) gas that is released into the atmosphere as a result of fuel combustion. In addition, biofuels can be produced locally in many locations and can act to reduce dependence on imported fossil energy resources.

A grande maioria dos biocombustíveis é produzida via processos de fermentação baseados em levedura tradicionais que usam carboidratos derivados de culturas como a principal fonte de carbono e são conhecidos como biocombustíveis de primeira geração. Contudo, estas culturas são re- queridas para alimentação e muitas culturas também requerem altos insu- mos agrícolas na forma de fertilizantes. Estas limitações significam que bio- combustíveis de primeira geração não são considerados sustentáveis e as reduções de gás de efeito estufa que podem ser obtidas são limitadas. O objetivo de biocombustíveis secundários é o uso sustentável de partes não destinadas à alimentação de culturas atuais ou outros resíduos industriais para reduzir as emissões de gás de efeito estufa e reduzir a dependência de combustíveis fósseis.The vast majority of biofuels are produced via traditional yeast-based fermentation processes that use crop-derived carbohydrates as the primary carbon source and are known as first-generation biofuels. However, these crops are required for feed and many crops also require high agricultural inputs in the form of fertilizers. These limitations mean that first-generation biofuels are not considered sustainable and the greenhouse gas reductions that can be achieved are limited. The goal of secondary biofuels is the sustainable use of non-feed parts of current crops or other industrial wastes to reduce greenhouse gas emissions and reduce dependence on fossil fuels.

Produção recente de 1-butanol tem sido principalmente por meio de oxo síntese (Weiβermel & Arpe, 2003). Petroquímicos, incluindo petróleo bruto, são craqueados para formar propileno, o qual é usado durante a oxo síntese. No entanto, o processo de síntese requer o uso de recursos naturais não renováveis, bem como sofre pelo fato de ser dispendioso e não especí- fico quanto aos produtos formados.Recent production of 1-butanol has been mainly by oxo synthesis (Weiβermel & Arpe, 2003). Petrochemicals, including crude oil, are cracked to form propylene, which is used during oxo synthesis. However, the synthesis process requires the use of non-renewable natural resources, as well as being expensive and non-specific in the products formed.

Butanol também pode ser produzido através de métodos de pro- dução biológicos, o mais comum sendo a fermentação de Acetona-Butanol- Etanol (ABE), a qual tem sido usada industrialmente desde 1913 (Kõpke & Dürre, 2010). Este método tem o subproduto indesejável de acetona, o qual é usualmente produzido em cerca de metade do volume de butanol o qual, portanto, reduz substancialmente o rendimento. Adicionalmente, este méto- do de fermentação é limitado pela toxicidade do butanol para o micro- organismo, resultando no crescimento sendo quase completamente inibido em concentrações tão baixas de butanol quanto 1,5% (Kõpke e Dürre 2010). Além disso, fermentação ABE usa açúcar de milho, amido, cassava e cana- de-açúcar como matérias-primas. Isso resulta no uso indesejável de terras aráveis para produzir combustível em vez de alimento. Isto também pode agravar os problemas relacionados ao desmatamento e desertificação.Butanol can also be produced through biological production methods, the most common being Acetone-Butanol-Ethanol (ABE) fermentation, which has been used industrially since 1913 (Kõpke & Dürre, 2010). This method has the undesirable byproduct of acetone, which is usually produced at about half the volume of butanol, thus substantially reducing the yield. Additionally, this fermentation method is limited by the toxicity of butanol to the microorganism, resulting in growth being almost completely inhibited at butanol concentrations as low as 1.5% (Kõpke and Dürre 2010). Furthermore, ABE fermentation uses corn sugar, starch, cassava, and sugarcane as feedstocks. This results in the undesirable use of arable land to produce fuel rather than food. This can also aggravate problems related to deforestation and desertification.

Apenas alguns organismos são conhecidos por produzir natu- ralmente butanol e nenhum destes produz butanol em um elevado rendimen- to a partir de fontes abundantes (tal como monóxido de carbono - CO). Dois organismos conhecidos por produzir naturalmente butanol a partir de CO são Butyribacterium methylotrophicum (o qual sintetiza apenas traços de butanol (Heiskanen et al., 2007)) e Clostridium carboxidivorans (o qual produz baixos rendimentos de 1-butanol como um subproduto aos principais produtos de fermentação de etanol e acetato (Liou et al., 2005)).Only a few organisms are known to naturally produce butanol, and none of these produce butanol in high yields from abundant sources (such as carbon monoxide - CO). Two organisms known to naturally produce butanol from CO are Butyribacterium methylotrophicum (which synthesizes only trace amounts of butanol (Heiskanen et al., 2007)) and Clostridium carboxidivorans (which produces low yields of 1-butanol as a byproduct to the major fermentation products of ethanol and acetate (Liou et al., 2005)).

Uma série de organismos foi geneticamente modificada para produzir 1-butanol, incluindo E. coli, Bacillus subtilis, Saccharomyces cerevi- siae, Pseudomonas putida ou Lactobacillus brevis. No entanto, todos esses organismos ainda dependem de açúcar como matéria-prima (Kõpke & Dürre, 2010). Apesar de mais de 250 espécies de Clostridium serem conhecidas, apenas algumas são geneticamente acessíveis. Não há competência natural (absorção de DNA extracelular a partir do ambiente da célula) conhecida em Clostridia e eletrotransformação ou conjugação são os únicos métodos dis- poníveis para transformação. Estas questões representam dificuldades signi- ficativas na transformação eficaz de espécies Clostridium. A maioria dos Clostridia tem um ou mais sistemas de restrição/metilação para proteger contra DNA estranho e de fago, o que significa que a transformação é parti- cularmente difícil e imprevisível.A number of organisms have been genetically engineered to produce 1-butanol, including E. coli, Bacillus subtilis, Saccharomyces cerevisiae, Pseudomonas putida or Lactobacillus brevis. However, all of these organisms still rely on sugar as a raw material (Kõpke & Dürre, 2010). Although over 250 species of Clostridium are known, only a few are genetically accessible. There is no known natural competence (uptake of extracellular DNA from the cell environment) in Clostridia and electrotransformation or conjugation are the only methods available for transformation. These issues pose significant difficulties in the effective transformation of Clostridium species. Most Clostridia have one or more restriction/methylation systems to protect against foreign and phage DNA, which means that transformation is particularly difficult and unpredictable.

Detalhes bibliográficos das publicações mencionadas aqui são compilados ao final da descrição.Bibliographic details of the publications mentioned here are compiled at the end of the description.

É um objetivo da invenção superar um ou mais inconvenientes da técnica anterior ou pelo menos fornecer ao público uma alternativa útil para tecnologias conhecidas.It is an object of the invention to overcome one or more drawbacks of the prior art or at least to provide the public with a useful alternative to known technologies.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

De acordo com a invenção, descobriu-se que um micro- organismo geneticamente modificado é capaz de usar CO para produzir 1- butanol ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermenta- ção.According to the invention, it has been discovered that a genetically modified microorganism is capable of using CO to produce 1-butanol or a precursor thereof as the main fermentation product.

Em um primeiro aspecto, a invenção fornece um micro- organismo recombinante acetogênico carboxitrófico que produz 1-butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermentação.In a first aspect, the invention provides a recombinant acetogenic carboxytrophic microorganism that produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product.

Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um micro- organismo recombinante acetogênico que é capaz de produzir 1-butanol e/ou um precursor do mesmo por meio de fermentação de um substrato que compreende CO em uma concentração maior do que aproximadamente 1 mM ou 0,075 g/l por litro de caldo de fermentação.In a related aspect, the invention provides a recombinant acetogenic microorganism that is capable of producing 1-butanol and/or a precursor thereof by fermentation of a substrate comprising CO at a concentration greater than approximately 1 mM or 0.075 g/L per liter of fermentation broth.

De preferência, o micro-organismo compreende ácidos nucleicos exógenos adaptados para expressar uma ou mais enzimas na via de bios- síntese de butanol.Preferably, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express one or more enzymes in the butanol biosynthesis pathway.

Em uma modalidade, a um ou mais enzimas são escolhidas do grupo que consiste em: Tiolase de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA Crotonase/hidratase de crotonil-CoA De-hidrogenase de butiril-CoA Flavoproteína A de Transferência de Elétrons Flavoproteína B de Transferência de ElétronsIn one embodiment, the one or more enzymes are selected from the group consisting of: Thiolase 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase Crotonyl-CoA crotonase/hydratase Butyryl-CoA dehydrogenase Electron Transfer Flavoprotein A Electron Transfer Flavoprotein B

De preferência, o micro-organismo compreende um ou mais áci- dos nucleicos exógenos que codificam uma ou mais das enzimas.Preferably, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more of the enzymes.

De preferência, o um ou mais ácidos nucleicos que codificam uma ou mais enzimas são escolhidos de ácidos nucleicos SEQ ID NO. 1 a SEQ ID NO. 6 ou variantes funcionalmente equivalentes das mesmas.Preferably, the one or more nucleic acids encoding one or more enzymes are chosen from nucleic acids SEQ ID NO. 1 to SEQ ID NO. 6 or functionally equivalent variants thereof.

De preferência, o micro-organismo compreende um ou mais áci- dos nucleicos exógenos que codificam cada uma de tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase, de-hidrogenase de butiril-CoA, Flavopro- teína de Transferência de Elétrons A e Flavoproteína de Transferência de Elétrons B.Preferably, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding each of thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, Crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, Electron Transfer Flavoprotein A, and Electron Transfer Flavoprotein B.

De preferência, o micro-organismo compreende um plasmídeo que codifica uma ou mais das mesmas ou, de preferência, cada uma de tio- lase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase, de-hidrogenase de butiril-CoA, Flavoproteína de Transferência de Elétrons A e Flavoproteína de Transferência de Elétrons BPreferably, the microorganism comprises a plasmid encoding one or more of, or preferably each of, Thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, Crotonase, Butyryl-CoA dehydrogenase, Electron Transfer Flavoprotein A and Electron Transfer Flavoprotein B.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos exógenos que codificam cada uma das enzimas tiola- se, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, crotonase/hidratase de crotonil- CoA e de-hidrogenase de butiril-CoA.In one embodiment, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding each of the enzymes thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, crotonase/crotonyl-CoA hydratase, and butyryl-CoA dehydrogenase.

De preferência, o micro-organismo compreende ainda um pro- motor de quinase de acetato/fosfotransacetilase exógeno. De preferência, o promotor corresponde à SEQ ID NO. 7 ou uma variante funcionalmente e- quivalente da mesma.Preferably, the microorganism further comprises an exogenous acetate kinase/phosphotransacetylase promoter. Preferably, the promoter corresponds to SEQ ID NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof.

De preferência, o promotor está contido em um construto que codifica uma ou mais das enzimas aqui antes mencionadas.Preferably, the promoter is contained in a construct encoding one or more of the enzymes mentioned above.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende ácidos nu- cleicos exógenos adaptados para expressar uma ou mais das enzimas esco- lhidas do grupo que consiste em: Fosfotransbutirilase; quinase de butirato; óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina; de-hidrogenase de butiraldeído; de-hidrogenase de butanol; uma de-hidrogenase de butiraldeído e de-hidrogenase de buta- nol bifuncional.In one embodiment, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express one or more of the enzymes selected from the group consisting of: Phosphotransbutyrylase; butyrate kinase; ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase; butyraldehyde dehydrogenase; butanol dehydrogenase; a butyraldehyde dehydrogenase and bifunctional butanol dehydrogenase.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende ácidos nu- cleicos exógenos adaptados para expressar uma ou mais de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e uma de-hidrogenase de buti- raldeído /de-hidrogenase de butanol bifuncional. De preferência, o micro- organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos exógenos que codifi- cam uma ou mais de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e uma de-hidrogenase de butiraldeído /de-hidrogenase de butanol bifuncional.In one embodiment, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express one or more of butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, and a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase. Preferably, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more of butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, and a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende ácidos nu- cleicos exógenos adaptados para expressar uma ou mais de fosfotransbutiri- lase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredo- xina e de-hidrogenase de butanol. De preferência, o micro-organismo com- preende um ou mais ácidos nucleicos exógenos que codificam uma ou mais de fosfotransbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído de- pendente de ferredoxina e de-hidrogenase de butanol. Em modalidades par- ticulares, o micro-organismo compreende ácidos nucleicos exógenos adap- tados para expressar cada uma de fosfotransbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina e de-hidrogenase de butanol.In one embodiment, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express one or more of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase. Preferably, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase. In particular embodiments, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express each of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase.

Em uma modalidade, o um ou mais ácidos nucleicos que codifi- cam uma ou mais enzimas são escolhidos dos ácidos nucleicos descritos nas Tabelas 7 a 10 aqui depois e variantes funcionalmente equivalentes das mesmas.In one embodiment, the one or more nucleic acids encoding one or more enzymes are chosen from the nucleic acids described in Tables 7 to 10 hereinafter and functionally equivalent variants thereof.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos adequados para expressar pelo menos duas das en- zimas na via de biossíntese de butanol, pelo menos 3, pelo menos 4, pelo menos 5, pelo menos 6, pelo menos 7, pelo menos 8, pelo menos 9, pelo menos 10, pelo menos 11 ou pelo menos 12 das enzimas.In one embodiment, the microorganism comprises one or more nucleic acids suitable for expressing at least two of the enzymes in the butanol biosynthesis pathway, at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9, at least 10, at least 11, or at least 12 of the enzymes.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos adequados para expressar tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase/hidratase de crotonil-CoA, de-hidrogenase de butiril-CoA, Flavoproteína A de Transferência de Elétrons, Flavoproteína B de Transferência de Elétrons e uma ou ambas de desidrogenase de butiral- deído e de-hidrogenase de butanol (ou uma enzima bifuncional).In one embodiment, the microorganism comprises one or more nucleic acids suitable for expressing thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, Crotonase/crotonyl-CoA hydratase, butyryl-CoA dehydrogenase, Electron Transfer Flavoprotein A, Electron Transfer Flavoprotein B, and one or both of butyraldehyde dehydrogenase and butanol dehydrogenase (or a bifunctional enzyme).

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos adequados para expressar tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase/hidratase de crotonil-CoA, de-hidrogenase de butiril-CoA, Flavoproteína A de Transferência de Elétrons, Flavoproteína B de Transferência de Elétrons e pelo menos uma de fosfotransbutirilase e quinase de butirato e óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina e desidrogenase de butanol.In one embodiment, the microorganism comprises one or more nucleic acids suitable for expressing thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, Crotonase/crotonyl-CoA hydratase, butyryl-CoA dehydrogenase, Electron Transfer Flavoprotein A, Electron Transfer Flavoprotein B, and at least one of phosphotransbutyrylase and butyrate kinase and ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase and butanol dehydrogenase.

De preferência, o micro-organismo é selecionado do grupo de bactérias acetogênicas carboxitróficas. Em determinadas modalidades, o micro-organismo é selecionado do grupo que compreende Clostridium au- toethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Butyribacteri- um limosum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Al- kalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella ther- moacetica, Moorella thermautotrophica, Oxobacter pfennigii e Thermoanae- robacter kiuvi. De preferência, o micro-organismo é Clostridium autoethanoge- num DSM23693.Preferably, the microorganism is selected from the group of carboxytrophic acetogenic bacteria. In certain embodiments, the microorganism is selected from the group comprising Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Butyribacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Moorella thermautotrophica, Oxobacter pfennigii, and Thermoanae- robacter kiuvi. Preferably, the microorganism is Clostridium autoethanogeneum DSM23693.

Em uma modalidade, o micro-organismo recombinante da inven- ção tem as características que definem o micro-organismo depositado na DSMZ (Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Alemanha) sob o número de acesso DSM24138.In one embodiment, the recombinant microorganism of the invention has the characteristics that define the microorganism deposited in the DSMZ (Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany) under accession number DSM24138.

Em um segundo aspecto, a invenção proporciona um gene re- combinante de metiltransferase de acordo com Nucleotídeo SEQ ID NO. 27 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma.In a second aspect, the invention provides a recombinant methyltransferase gene according to Nucleotide SEQ ID NO. 27 or a functionally equivalent variant thereof.

Em um terceiro aspecto, a invenção proporciona uma metiltrans- ferase de acordo com SEQ ID NO. 28 ou uma variante de aminoácidos fun- cionalmente equivalentes das mesmas.In a third aspect, the invention provides a methyltransferase according to SEQ ID NO. 28 or a functionally equivalent amino acid variant thereof.

Em um aspecto relacionado, a invenção proporciona um micro- organismo recombinante que compreende um gene de metiltransferase de acordo com o segundo aspecto. O gene de metiltransferase pode estar pre- sente em um construto de ácido nucleico ou integrado no genoma do micro- organismo.In a related aspect, the invention provides a recombinant microorganism comprising a methyltransferase gene according to the second aspect. The methyltransferase gene may be present in a nucleic acid construct or integrated into the genome of the microorganism.

Em um quarto aspecto, a invenção proporciona um ácido nuclei- co compreendendo SEQ ID NO. 1 a 6 ou variantes funcionalmente equiva- lentes das mesmas, em qualquer ordem.In a fourth aspect, the invention provides a nucleic acid comprising SEQ ID NO. 1 to 6 or functionally equivalent variants thereof, in any order.

De preferência, o ácido nucleico compreende SEQ ID NO. 1 a 6, na ordem mostrada na Figura 2.Preferably, the nucleic acid comprises SEQ ID NO. 1 to 6, in the order shown in Figure 2.

De preferência, o ácido nucleico compreende ainda um promotor de butiril/acetil transferase de fosfato. De preferência, o promotor correspon- de à SEQ ID NO. 7 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma.Preferably, the nucleic acid further comprises a butyryl/acetyl phosphate transferase promoter. Preferably, the promoter corresponds to SEQ ID NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof.

Em um quinto aspecto, a invenção proporciona um construto de expressão que compreende uma ou mais sequências de ácido nucleico em que o construto, quando expresso em um micro-organismo acetogênico, re- sulta em 1-butanol e/ou um precursor do mesmo sendo produzido como o principal produto de fermentação.In a fifth aspect, the invention provides an expression construct comprising one or more nucleic acid sequences wherein the construct, when expressed in an acetogenic microorganism, results in 1-butanol and/or a precursor thereof being produced as the major fermentation product.

De preferência, a uma ou mais sequências de ácidos nucleicos codificam uma ou mais enzimas que são parte da via de biossíntese de 1- butanol.Preferably, the one or more nucleic acid sequences encode one or more enzymes that are part of the 1-butanol biosynthesis pathway.

De preferência, os ácidos nucleicos são selecionados de ácidos nucleicos que codificam tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, cro- tonase, de-hidrogenase de butiril-CoA, Flavoproteína A de transferência de elétrons e/ou Flavoproteína B de transferência de elétrons.Preferably, the nucleic acids are selected from nucleic acids encoding thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, electron transfer Flavoprotein A and/or electron transfer Flavoprotein B.

De preferência, a uma ou mais sequências de ácido nucleico são selecionadas de SEQ ID NO. 1 a SEQ ID NO. 6 ou variantes funcionalmente equivalentes das mesmas.Preferably, the one or more nucleic acid sequences are selected from SEQ ID NO. 1 to SEQ ID NO. 6 or functionally equivalent variants thereof.

Em uma modalidade, os ácidos nucleicos são ainda seleciona- dos de ácidos nucleicos que codificam Fosfotransbutirilase, quinase de buti- rato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina, de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e uma de-hidrogenase de buti- raldeído/de-hidrogenase de butanol bifuncional.In one embodiment, the nucleic acids are further selected from nucleic acids encoding phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, and a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase.

Em uma modalidade, os ácidos nucleicos são selecionados do grupo de ácidos nucleicos descritos nas Tabelas 7 a 10 aqui depois e varian- tes funcionalmente equivalentes das mesmas.In one embodiment, the nucleic acids are selected from the group of nucleic acids described in Tables 7 to 10 hereinafter and functionally equivalent variants thereof.

Em uma modalidade, o construto de expressão codifica pelo menos duas enzimas na via de biossíntese de butanol, pelo menos 3, pelo menos 4, pelo menos 5, pelo menos 6, pelo menos 7, pelo menos 8, pelo menos 9, pelo menos 10, pelo menos 11 ou pelo menos 12 das enzimas.In one embodiment, the expression construct encodes at least two enzymes in the butanol biosynthesis pathway, at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9, at least 10, at least 11, or at least 12 of the enzymes.

De preferência, o construto de expressão compreende ainda um promotor do óperon de butiril/acetil transferase de fosfato. Em outra modali- dade, o construto de expressão compreende outro promotor altamente ativo , tal como o promotor óxido-redutase de ferredoxina:piruvato (SEQ ID NO. 48), o agrupamento gênico de Wood-Ljungdahl (SEQ ID NO. 47), óperon de Rnf (SEQ ID NO. 49) ou o óperon de sintase de ATP (SEQ ID NO. 50). De preferência, o promotor do óperon de butiril/acetil transferase de fosfato cor- responde à SEQ ID NO. 7 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma.Preferably, the expression construct further comprises a butyryl/acetyl phosphate transferase operon promoter. In another embodiment, the expression construct comprises another highly active promoter, such as the ferredoxin:pyruvate oxidoreductase promoter (SEQ ID NO. 48), the Wood-Ljungdahl gene cluster (SEQ ID NO. 47), the Rnf operon (SEQ ID NO. 49), or the ATP synthase operon (SEQ ID NO. 50). Preferably, the butyryl/acetyl phosphate transferase operon promoter corresponds to SEQ ID NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof.

Em um sexto aspecto, a invenção proporciona um construto que compreende um gene de metiltransferase, conforme descrito aqui.In a sixth aspect, the invention provides a construct comprising a methyltransferase gene as described herein.

Em um sétimo aspecto, a invenção proporciona uma composi- ção compreendendo o construto de expressão do quinto aspecto e o cons- truto de metilação do sexto aspecto.In a seventh aspect, the invention provides a composition comprising the expression construct of the fifth aspect and the methylation construct of the sixth aspect.

De preferência, a composição é capaz de produzir um micro- organismo recombinante que produz 1-butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermentação.Preferably, the composition is capable of producing a recombinant microorganism that produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product.

Em um oitavo aspecto, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo: a. introdução, em um micro-organismo de transporte, de (i) um construto de expressão e (ii) um construto de metilação de acordo com o sexto aspecto que compreende um gene de metiltransferase; b. expressão do gene de metiltransferase; c. isolamento de um ou mais construtos do micro-organismo de transporte; e d. introdução de pelo menos um construto de expressão em um micro-organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no micro-organismo de desti- no.In an eighth aspect, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising: a. introducing into a transport microorganism (i) an expression construct and (ii) a methylation construct according to the sixth aspect comprising a methyltransferase gene; b. expressing the methyltransferase gene; c. isolating one or more constructs from the transport microorganism; and d. introducing at least one expression construct into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target microorganism.

Em uma modalidade, expressão do gene de metiltransferase na etapa b. é constitutiva. Em outra modalidade, expressão do gene de metil- transferase na etapa b. é induzida.In one embodiment, expression of the methyltransferase gene in step b. is constitutive. In another embodiment, expression of the methyltransferase gene in step b. is induced.

Em uma modalidade, o construto de metilação e o construto de expressão são ambos isolados na etapa c. Em outra modalidade, o construto de expressão é isolado na etapa c.In one embodiment, the methylation construct and the expression construct are both isolated in step c. In another embodiment, the expression construct is isolated in step c.

Em uma modalidade, apenas o construto de expressão é intro- duzido no micro-organismo de destino. Em outra modalidade, o construto de expressão e o construto de metilação são ambos introduzidos no micro- organismo de destino.In one embodiment, only the expression construct is introduced into the target microorganism. In another embodiment, the expression construct and the methylation construct are both introduced into the target microorganism.

De preferência, o construto de expressão é conforme definido no quinto aspecto.Preferably, the expression construct is as defined in the fifth aspect.

De preferência, o micro-organismo recombinante produz 1- butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermenta- ção.Preferably, the recombinant microorganism produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product.

Em um aspecto relacionado, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo: a. metilação de um construto de expressão in vitro por uma me- tiltransferase de acordo com SEQ ID NO. 28 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma; b. introdução de um construto de expressão em um micro- organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no micro-organismo de desti- no. De preferência, o construto de expressão é conforme definido no quinto aspecto.In a related aspect, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising: a. methylating an expression construct in vitro by a methyltransferase according to SEQ ID NO. 28 or a functionally equivalent variant thereof; b. introducing an expression construct into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target microorganism. Preferably, the expression construct is as defined in the fifth aspect.

De preferência, o micro-organismo recombinante produz 1- butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermenta- ção.Preferably, the recombinant microorganism produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product.

De preferência, a metiltransferase é produzida por meio de ex- pressão de um gene de metiltransferase, de preferência de acordo com SEQ ID NO. 27 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma, em um micro-organismo e isolamento da enzima metiltransferase.Preferably, the methyltransferase is produced by expressing a methyltransferase gene, preferably according to SEQ ID NO. 27 or a functionally equivalent variant thereof, in a microorganism and isolating the methyltransferase enzyme.

Em um outro aspecto relacionado, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo: a. introdução, no genoma de um micro-organismo de transporte, de um gene de metiltransferase, de preferência de acordo com SEQ ID NO. 27 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma; b. introdução de um construto de expressão no micro-organismo de transporte; c. isolamento de um ou mais construtos do micro-organismo de transporte; e d. introdução de pelo menos um construto de expressão em um micro-organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no micro-organismo de desti- no.In another related aspect, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising: a. introducing into the genome of a transport microorganism a methyltransferase gene, preferably according to SEQ ID NO. 27 or a functionally equivalent variant thereof; b. introducing an expression construct into the transport microorganism; c. isolating one or more constructs from the transport microorganism; and d. introducing at least one expression construct into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target microorganism.

De preferência, o construto de expressão é conforme definido no quinto aspecto.Preferably, the expression construct is as defined in the fifth aspect.

De preferência, o micro-organismo recombinante produz 1- butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermenta- ção.Preferably, the recombinant microorganism produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product.

Em um outro aspecto relacionado, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo: a. metilação de um construto de expressão de acordo com o quinto aspecto in vitro por uma metiltransferase; b. introdução do construto de expressão em um micro-organismo de destino.In another related aspect, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising: a. methylating an expression construct according to the fifth aspect in vitro by a methyltransferase; b. introducing the expression construct into a target microorganism.

De preferência, a metiltransferase é codificada por um gene de metiltransferase conforme definido no segundo aspecto ou uma metiltransfe- rase conforme definido no terceiro aspecto.Preferably, the methyltransferase is encoded by a methyltransferase gene as defined in the second aspect or a methyltransferase as defined in the third aspect.

De preferência, o micro-organismo recombinante produz 1- butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermenta- ção.Preferably, the recombinant microorganism produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product.

Em um nono aspecto, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo: a. introdução de (i) um construto de expressão de acordo com o quinto aspecto e (ii) um construto de metilação compreendendo um gene de metiltransferase em um micro-organismo de transporte; b. expressão do gene de metiltransferase; c. isolamento de um ou mais construtos do micro-organismo de transporte; e d. introdução de pelo menos um construto de expressão em um micro-organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no micro-organismo de desti- no.In a ninth aspect, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising: a. introducing (i) an expression construct according to the fifth aspect and (ii) a methylation construct comprising a methyltransferase gene into a transport microorganism; b. expressing the methyltransferase gene; c. isolating one or more constructs from the transport microorganism; and d. introducing at least one expression construct into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target microorganism.

Em uma modalidade, expressão do gene de metiltransferase na etapa b. é constitutiva. Em outra modalidade, expressão do gene de metil- transferase na etapa b. é induzida.In one embodiment, expression of the methyltransferase gene in step b. is constitutive. In another embodiment, expression of the methyltransferase gene in step b. is induced.

Em uma modalidade, o construto de metilação e o construto de expressão são ambos isolados na etapa c. Em outra modalidade, o construto de expressão é isolado na etapa c.In one embodiment, the methylation construct and the expression construct are both isolated in step c. In another embodiment, the expression construct is isolated in step c.

Em uma modalidade, apenas o construto de expressão é intro- duzido no micro-organismo de destino. Em outra modalidade, o construto de expressão e o construto de metilação são ambos introduzidos no micro- organismo de destino.In one embodiment, only the expression construct is introduced into the target microorganism. In another embodiment, the expression construct and the methylation construct are both introduced into the target microorganism.

De preferência, o micro-organismo recombinante produz 1- butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermenta- ção.Preferably, the recombinant microorganism produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product.

Em um décimo aspecto, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante que produz 1-butanol ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermentação que compre- ende: a. introdução de (i) um construto de expressão e (ii) um constru- to de metilação que compreende um gene de metiltransferase em um micro- organismo de transporte; b. expressão do gene de metiltransferase; c. isolamento de um ou mais construtos do micro-organismo de transporte; e d. introdução de pelo menos um construto de expressão em um micro-organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no micro-organismo de desti- no.In a tenth aspect, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism that produces 1-butanol or a precursor thereof as the main fermentation product comprising: a. introducing (i) an expression construct and (ii) a methylation construct comprising a methyltransferase gene into a transport microorganism; b. expressing the methyltransferase gene; c. isolating one or more constructs from the transport microorganism; and d. introducing at least one expression construct into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target microorganism.

Em uma modalidade, expressão do gene de metiltransferase na etapa b. é constitutiva. Em outra modalidade, expressão do gene de metil- transferase na etapa b. é induzida.In one embodiment, expression of the methyltransferase gene in step b. is constitutive. In another embodiment, expression of the methyltransferase gene in step b. is induced.

Em uma modalidade, o construto de metilação e o construto de expressão são ambos isolados na etapa c. Em outra modalidade, o construto de expressão é isolado na etapa c.In one embodiment, the methylation construct and the expression construct are both isolated in step c. In another embodiment, the expression construct is isolated in step c.

Em uma modalidade, apenas o construto de expressão é intro- duzido no micro-organismo de destino. Em outra modalidade, o construto de expressão e o construto de metilação são ambos introduzidos no micro- organismo de destino.In one embodiment, only the expression construct is introduced into the target microorganism. In another embodiment, the expression construct and the methylation construct are both introduced into the target microorganism.

De preferência, o construto de expressão é conforme definido no quinto aspecto.Preferably, the expression construct is as defined in the fifth aspect.

De preferência, o construto de metilação é conforme definido no sexto aspecto.Preferably, the methylation construct is as defined in the sixth aspect.

Em um décimo primeiro aspecto, a invenção proporciona um método de produção de 1-butanol e/ou um precursor do mesmo por meio de fermentação microbiana que compreende fermentação de um substrato u- sando um micro-organismo recombinante.In an eleventh aspect, the invention provides a method of producing 1-butanol and/or a precursor thereof by microbial fermentation comprising fermentation of a substrate using a recombinant microorganism.

De preferência, 1-butanol e/ou um precursor do mesmo é o prin- cipal produto de fermentação.Preferably, 1-butanol and/or a precursor thereof is the main fermentation product.

De preferência, o micro-organismo recombinante é conforme descrito em qualquer um dos oitavo a décimo aspectos.Preferably, the recombinant microorganism is as described in any one of the eighth to tenth aspects.

De preferência, 1-butanol e/ou um precursor do mesmo é produ- zido em um rendimento de aproximadamente de 0,075 gramas por litro de caldo de fermentação ( g/l) a cerca de 20 g/l. Em uma modalidade, o rendi- mento é aproximadamente 0,15 g/l a aproximadamente 1,54 g/l. Em outras modalidades, o rendimento é aproximadamente 10 g/l, aproximadamente 5 g/l ou aproximadamente 2 g/l. De preferência, o rendimento de 1-butanol é até o limite em que o butanol se torna tóxico para o meio circundante.Preferably, 1-butanol and/or a precursor thereof is produced in a yield of approximately 0.075 grams per liter of fermentation broth (g/L) to about 20 g/L. In one embodiment, the yield is approximately 0.15 g/L to about 1.54 g/L. In other embodiments, the yield is approximately 10 g/L, approximately 5 g/L, or approximately 2 g/L. Preferably, the yield of 1-butanol is up to the limit at which the butanol becomes toxic to the surrounding medium.

De preferência, o substrato compreende CO. De preferência, o substrato é um substrato gasoso que compreende CO. Em uma modalidade, o substrato compreende um gás residual industrial. Em determinadas moda- lidades, o gás é gás residual ou syngas de usinagem de aço.Preferably, the substrate comprises CO. Preferably, the substrate is a gaseous substrate comprising CO. In one embodiment, the substrate comprises an industrial waste gas. In certain embodiments, the gas is waste gas or syngas from steel milling.

Em uma modalidade, o substrato conterá, tipicamente, uma grande proporção de CO, tal como pelo menos cerca de 20% a cerca de 100% de CO em volume, de 20% a 70% de CO em volume, de 30% a 60% de CO em volume e de 40% a 55% de CO em volume. Em modalidades par- ticulares, o substrato compreende cerca de 25% ou cerca de 30% ou cerca de 35% ou cerca de 40% ou cerca de 45% ou cerca de 50% de CO ou cerca de 55% de CO ou cerca de 60% de CO em volume.In one embodiment, the substrate will typically contain a large proportion of CO, such as at least about 20% to about 100% CO by volume, from 20% to 70% CO by volume, from 30% to 60% CO by volume, and from 40% to 55% CO by volume. In particular embodiments, the substrate comprises about 25%, or about 30%, or about 35%, or about 40%, or about 45%, or about 50% CO, or about 55% CO, or about 60% CO by volume.

Embora não seja necessário que o substrato contenha qualquer hidrogênio, a presença de H2 não deverá ser prejudicial para a formação de produto de acordo com os métodos da invenção. Em modalidades particula- res, a presença de hidrogênio resulta em uma eficiência global aumentada da produção de álcool. Por exemplo, em modalidades particulares, o subs- trato pode compreender uma proporção aproximada de H2ÍCO de 2:1 ou 1:1 ou 1:2. Em uma modalidade, o substrato compreende cerca de 30% ou me- nos de H2 em volume, 20% ou menos de H2 em volume, cerca de 15% ou menos de H2 em volume ou cerca de 10% ou menos de H2 em volume. Em outras modalidades, a corrente de substrato compreende baixas concentra- ções de H2, por exemplo, menos de 5% ou menos de 4% ou menos de 3% ou menos de 2% ou menos de 1% ou é substancialmente livre de hidrogê- nio. O substrato também pode conter algum CO2, por exemplo, tal como cer- ca de 1% a cerca de 80% de CO2 em volume ou 1 % a cerca de 30% de CO2 em volume.While it is not necessary for the substrate to contain any hydrogen, the presence of H2 should not be detrimental to the formation of product according to the methods of the invention. In particular embodiments, the presence of hydrogen results in an overall increased efficiency of alcohol production. For example, in particular embodiments, the substrate can comprise an approximate H2/CO ratio of 2:1 or 1:1 or 1:2. In one embodiment, the substrate comprises about 30% or less H2 by volume, 20% or less H2 by volume, about 15% or less H2 by volume, or about 10% or less H2 by volume. In other embodiments, the substrate stream comprises low concentrations of H2, e.g., less than 5% or less than 4% or less than 3% or less than 2% or less than 1%, or is substantially free of hydrogen. The substrate may also contain some CO2, for example, such as about 1% to about 80% CO2 by volume or 1% to about 30% CO2 by volume.

De preferência, o precursor produzido por meio do método de qualquer um dos aspectos anteriores é convertido em 1-butanol na presença de fosfotransbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído de- pendente de ferredoxina e de-hidrogenase de butanol.Preferably, the precursor produced by the method of any of the preceding aspects is converted to 1-butanol in the presence of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase.

De preferência, o micro-organismo produz fosfotransbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina e de-hidrogenase de butanol, tanto antes quanto após introdução de um ácido nucleico exógeno.Preferably, the microorganism produces phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase, both before and after introduction of an exogenous nucleic acid.

De preferência, o precursor produzido por meio do método de qualquer um dos aspectos anteriores é convertido em 1-butanol na presença de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e/ou uma de- hidrogenase de butiraldeído/de-hidrogenase de butanol bifuncional.Preferably, the precursor produced by the method of any of the preceding aspects is converted to 1-butanol in the presence of butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase and/or a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase.

De preferência, o micro-organismo produz de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e/ou uma de-hidrogenase de buti- raldeído/de-hidrogenase de butanol bifuncional antes e após introdução de um ácido nucleico exógeno.Preferably, the microorganism produces butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase and/or a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase before and after introduction of an exogenous nucleic acid.

Em um décimo segundo aspecto, a invenção proporciona 1- butanol ou um precursor do mesmo produzido por meio do método do déci- mo primeiro aspecto.In a twelfth aspect, the invention provides 1-butanol or a precursor thereof produced by the method of the eleventh aspect.

Em um décimo terceiro aspecto, a invenção proporciona um mi- cro-organismo de transporte que compreende um construto de metilação, conforme definido aqui.In a thirteenth aspect, the invention provides a transport microorganism comprising a methylation construct as defined herein.

De preferência, o micro-organismo de transporte compreende ainda um construto de expressão conforme definido aqui.Preferably, the transport microorganism further comprises an expression construct as defined herein.

De preferência, o micro-organismo transporte é E. coli, Bacillus subtillis ou Lactococcus lactis.Preferably, the transport microorganism is E. coli, Bacillus subtillis or Lactococcus lactis.

De preferência, o construto de metilação de qualquer um dos aspectos anteriores compreende um promotor lac e o gene de metiltransfe- rase e é induzido por isopropil-β-tio-D-galactosideo (IPTG). Expressão de metiltransferase pode também ser controlada por outros sistemas promoto- res induzíveis, tais como ara, tet ou T7.Preferably, the methylation construct of any of the foregoing aspects comprises a lac promoter and the methyltransferase gene and is induced by isopropyl-β-thio-D-galactoside (IPTG). Methyltransferase expression may also be controlled by other inducible promoter systems, such as ara, tet or T7.

Em um décimo quarto aspecto, a invenção proporciona um ácido nucleico tendo uma sequência escolhida do grupo que consiste em SEQ ID NOs. 8 a 13.In a fourteenth aspect, the invention provides a nucleic acid having a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs. 8 to 13.

Em um décimo quinto aspecto, a invenção proporciona um ácido nucleico tendo uma sequência escolhida do grupo que consiste em SEQ ID NOs. 16 a 23.In a fifteenth aspect, the invention provides a nucleic acid having a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs. 16 to 23.

Em um décimo sexto aspecto, a invenção proporciona um ácido nucleico compreendendo pelo menos a sequência de ácido nucleico de SEQ ID NO. 7 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma, um constru- to de ácido nucleico ou vetor compreendendo a mesma e micro-organismos que compreendem o referido ácido nucleico ou construto de ácido nucleico ou vetor.In a sixteenth aspect, the invention provides a nucleic acid comprising at least the nucleic acid sequence of SEQ ID NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof, a nucleic acid construct or vector comprising the same, and microorganisms comprising said nucleic acid or nucleic acid construct or vector.

Em um décimo sétimo aspecto, a invenção proporciona um áci- do nucleico o qual codifica uma metiltransferase de acordo com SEQ ID NO. 28.In a seventeenth aspect, the invention provides a nucleic acid which encodes a methyltransferase according to SEQ ID NO. 28.

Em um décimo oitavo aspecto, a invenção proporciona um ácido nucleico compreendendo um ácido nucleico que codifica um polipeptídeo tendo a sequência de aminoácidos de um polipeptídeo escolhido dos grupos listados nas Tabelas 7 a 10 aqui depois e variantes funcionalmente equiva- lentes de qualquer uma ou mais das mesmas.In an eighteenth aspect, the invention provides a nucleic acid comprising a nucleic acid encoding a polypeptide having the amino acid sequence of a polypeptide chosen from the groups listed in Tables 7 to 10 hereinafter and functionally equivalent variants of any one or more thereof.

Em um décimo nono aspecto, a invenção proporciona um ácido nucleico compreendendo um ácido nucleico escolhido dos grupos listados nas Tabelas 7 a 10 aqui depois e variantes funcionalmente equivalentes de qualquer uma ou mais das mesmas.In a nineteenth aspect, the invention provides a nucleic acid comprising a nucleic acid chosen from the groups listed in Tables 7 to 10 hereinafter and functionally equivalent variants of any one or more thereof.

Em um vigésimo aspecto, a invenção proporciona construtos e micro-organismos compreendendo um ácido nucleico dos décimo oitavo ou décimo nono aspectos da invenção.In a twentieth aspect, the invention provides constructs and microorganisms comprising a nucleic acid of the eighteenth or nineteenth aspects of the invention.

Em um vigésimo primeiro aspecto, a invenção proporciona um ácido nucleico tendo uma sequência escolhida do grupo que consiste em SEQ ID NOs. 32 a 38 e 123 a 135.In a twenty-first aspect, the invention provides a nucleic acid having a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs. 32 to 38 and 123 to 135.

Em um vigésimo segundo aspecto, a invenção proporciona um polipeptídeo compreendendo a sequência de aminoácidos de um polipeptí- deo escolhido dos grupos listados nas Tabelas 7 a 10 aqui depois e varian- tes funcionalmente equivalentes de qualquer uma ou mais das mesmas.In a twenty-second aspect, the invention provides a polypeptide comprising the amino acid sequence of a polypeptide chosen from the groups listed in Tables 7 to 10 hereinafter and functionally equivalent variants of any one or more thereof.

A invenção pode também ser referido amplamente como consis- tindo nas partes, elementos e características referidos ou indicados no rela- tório descritivo do pedido, individual ou coletivamente, em qualquer ou todas as combinações de duas ou mais das referidas partes, elementos ou carac- terísticas e, onde números inteiros específicos são mencionados aqui, os quais têm equivalentes conhecidos na técnica à qual a invenção se refere, tais equivalentes conhecidos são considerados como sendo incorporados aqui como se individualmente apresentados.The invention may also be referred to broadly as consisting of the parts, elements and features referred to or indicated in the specification of the application, individually or collectively, or any or all combinations of two or more of said parts, elements or features, and where specific integers are mentioned herein which have equivalents known in the art to which the invention relates, such known equivalents are deemed to be incorporated herein as if individually set forth.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Estes e outros aspectos da presente invenção, os quais deverão ser considerados em todos os seus novos aspectos, serão evidentes a partir da descrição a seguir, a qual é fornecida a título de exemplo apenas, com referência às Figuras anexas, nas quais:These and other aspects of the present invention, which should be considered in all their novel aspects, will be apparent from the following description, which is given by way of example only, with reference to the accompanying Figures, in which:

A Figura 1 mostra a via de biossíntese de butanol a partir de CO.Figure 1 shows the biosynthesis pathway of butanol from CO.

A Figura 2 mostra um plasmídeo de expressão de genes de co- dificação exemplificativos envolvidos na biossíntese de 1-butanol.Figure 2 shows an expression plasmid encoding exemplary genes involved in the biosynthesis of 1-butanol.

A Figura 3 mostra os resultados de sequenciamento de pM- TL85245-thlA-crt-hbd, os quais demonstram que os genes de biossíntese de 1-butanol encontrados no plasmídeo de expressão estavam livres de muta- ções.Figure 3 shows the sequencing results of pM-TL85245-thlA-crt-hbd, which demonstrate that the 1-butanol biosynthesis genes found in the expression plasmid were free of mutations.

As Figuras 4a, 4b e 4c mostram um alinhamento de nucleotídeos de C. autoethanogenum (CAU), C. Ijungdahlii (CLJ), C. ragsdalei (CRA) e os genes de metiltransferase concebidas (DMT).Figures 4a, 4b, and 4c show a nucleotide alignment of C. autoethanogenum (CAU), C. Ijungdahlii (CLJ), C. ragsdalei (CRA), and the designed methyltransferase (DMT) genes.

A Figura 4d mostra um alinhamento de aminoácidos das metil- transferases de C. autoethanogenum (CAU 1+2), C. Ijungdahlii (CLJ), C. ragsdalei (CRA1+2) e a metiltransferase concebida (DMT).Figure 4d shows an amino acid alignment of the methyltransferases from C. autoethanogenum (CAU 1+2), C. Ijungdahlii (CLJ), C. ragsdalei (CRA1+2) and the designed methyltransferase (DMT).

A Figura 5 mostra um plasmídeo de metilação exemplificative da invenção.Figure 5 shows an exemplary methylation plasmid of the invention.

A Figura 6 mostra uma imagem de eletroforese em gel de aga- rose do DNA de plasmídeo isolado. Fileiras 1,6, 11, 16, 21 e 26 mostram Ladder de Plus DNA de 100 bp. Fileira 2-5 mostram PCR com mistura de plasmídeo metilado original como modelo na seguinte ordem: ermB, ColE1, thIA, crt. Fileiras 7-10, 12-15, 17-20, 22-25 e 27-30 mostram PCR com plas- mídeos isolados de 4 clones diferentes como modelo, cada um na seguinte ordem: ermB, ColE1, thIA, crt. Fileiras 32-35 mostram plasmídeo prep de 4 clones diferentes. Fileira 36 mostra plasmídeo prep de C. autoethanogenum DSM23693 original.Figure 6 shows an agarose gel electrophoresis image of isolated plasmid DNA. Rows 1, 6, 11, 16, 21, and 26 show 100 bp Ladder Plus DNA. Rows 2–5 show PCR with original methylated plasmid mixture as template in the following order: ermB, ColE1, thIA, crt. Rows 7–10, 12–15, 17–20, 22–25, and 27–30 show PCR with plasmids isolated from 4 different clones as template, each in the following order: ermB, ColE1, thIA, crt. Rows 32–35 show prep plasmid from 4 different clones. Row 36 shows prep plasmid from original C. autoethanogenum DSM23693.

A Figura 7 mostra os resultados de HPLC mostrando a produção de 1-butanol com C. autoethanogenum abrigando o plasmídeo de butanol pMTL85245-thlA-CRT-hbd.Figure 7 shows HPLC results showing the production of 1-butanol with C. autoethanogenum harboring the butanol plasmid pMTL85245-thlA-CRT-hbd.

A Figura 8 mostra uma análise de expressão de mais de 200 genes durante uma fermentação típica com Clostrídium autoethanogenum em condições convencionais usando PCR em tempo real para identificar regiões promotoras adequadas para a expressão de genes heterólogos.Figure 8 shows an expression analysis of over 200 genes during a typical fermentation with Clostridium autoethanogenum under conventional conditions using real-time PCR to identify promoter regions suitable for heterologous gene expression.

A Figura 9 mostra a sequência de SEQ ID NOs. 1, 2 e 3.Figure 9 shows the sequence of SEQ ID NOs. 1, 2, and 3.

A Figura 10 mostra a sequência de SEQ ID NOs. 4, 5 e 6.Figure 10 shows the sequence of SEQ ID NOs. 4, 5, and 6.

A Figura 11 mostra a sequência de regiões promotoras codifica- das por SEQ ID NOs. 7, 47, 48, 49 e 50.Figure 11 shows the sequence of promoter regions encoded by SEQ ID NOs. 7, 47, 48, 49, and 50.

A Figura 12 mostra a sequência de SEQ ID NO. 14.Figure 12 shows the sequence of SEQ ID NO. 14.

A Figura 13 mostra a sequência de SEQ ID NO. 15.Figure 13 shows the sequence of SEQ ID NO. 15.

A Figura 14 mostra a sequência de SEQ ID NOs. 24 e 25.Figure 14 shows the sequence of SEQ ID NOs. 24 and 25.

A Figura 15 mostra a sequência de SEQ ID NO. 26.Figure 15 shows the sequence of SEQ ID NO. 26.

A Figura 16 mostra a sequência de SEQ ID NO. 27.Figure 16 shows the sequence of SEQ ID NO. 27.

A Figura 17 mostra a sequência de SEQ ID NO. 28.Figure 17 shows the sequence of SEQ ID NO. 28.

A Figura 18 mostra a sequência de SEQ ID NO. 29.Figure 18 shows the sequence of SEQ ID NO. 29.

A Figura 19 mostra o gene de rRNA 16s de C. autoethanogenum (Y18178, Gl: 7271109)Figure 19 shows the 16s rRNA gene of C. autoethanogenum (Y18178, Gl: 7271109)

As Figuras 20 e 21 mostram a sequência de SEQ ID NO. 31.Figures 20 and 21 show the sequence of SEQ ID NO. 31.

A Figura 22 mostra Seq. ID 39: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeído bifuncional de C. autoethanogenum.Figure 22 shows Seq. ID 39: nucleotide sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 23 mostra Seq. ID 40: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeído bifuncional de C. autoethanogenum.Figure 23 shows Seq. ID 40: nucleotide sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 24 mostra Seq. ID 41: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. autoethanogenum e Seq. ID 42: se- quência de aminoácidos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. autoetha- nogenum.Figure 24 shows Seq. ID 41: nucleotide sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 42: amino acid sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 25 mostra Seq. ID 43: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. autoethanogenum e Seq. ID 44: se- quência de aminoácidos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. autoetha- nogenum.Figure 25 shows Seq. ID 43: nucleotide sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 44: amino acid sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 26 mostra Seq. ID 45: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. autoethanogenum.Figure 26 shows Seq. ID 45: nucleotide sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 27 mostra Seq. ID 46: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. autoethanogenum e Seq. ID 119: se- quência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanoge- num.Figure 27 shows Seq. ID 46: amino acid sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 119: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 28 mostra Seq. ID 120: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum e Seq. ID 121: sequên- cia de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum.Figure 28 shows Seq. ID 120: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 121: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 29 mostra Seq. ID 122: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum e Seq. ID 51: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum.Figure 29 shows Seq. ID 122: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 51: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 30 mostra Seq. ID 52: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum e Seq. ID 53: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum.Figure 30 shows Seq. ID 52: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 53: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 31 mostra Seq. ID 54: Sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum e Seq. ID 55: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum.Figure 31 shows Seq. ID 54: Amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 55: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 32 mostra Seq. ID 56: Sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum e Seq. ID 57: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum.Figure 32 shows Seq. ID 56: Amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 57: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum.

A Figura 33 mostra Seq. ID 58: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. autoethanogenum e Seq. ID 59: sequência de nucleotídeos de acetil/butiril transferase de fosfato de C. autoethanoge- num e Seq. ID 60: sequência de aminoácidos de acetil/butiril transferase de fosfato de C. autoethanogenum.Figure 33 shows Seq. ID 58: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. autoethanogenum and Seq. ID 59: nucleotide sequence of phosphate acetyl/butyryl transferase from C. autoethanogenum and Seq. ID 60: amino acid sequence of phosphate acetyl/butyryl transferase from C. autoethanogenum.

A Figura 34 mostra Seq. ID 61: sequência de nucleotídeos de quinase de acetato/butirato de C. autoethanogenum e Seq. ID 62: sequência de aminoácidos de quinase de acetato/butirato de C. autoethanogenum.Figure 34 shows Seq. ID 61: nucleotide sequence of C. autoethanogenum acetate/butyrate kinase and Seq. ID 62: amino acid sequence of C. autoethanogenum acetate/butyrate kinase.

A Figura 35 mostra Seq. ID 63: sequência de nucleotideos de ó- xido-redutase de aldeido:ferredoxina de C. autoethanogenum e Seq. ID 64: sequência de aminoácidos de óxido-redutase de aldeido:ferredoxina de C. autoethanogenum.Figure 35 shows Seq. ID 63: nucleotide sequence of aldehyde:ferredoxin oxide reductase from C. autoethanogenum and Seq. ID 64: amino acid sequence of aldehyde:ferredoxin oxide reductase from C. autoethanogenum.

A Figura 36 mostra Seq. ID 65: sequência de nucleotideos de ó- xido-redutase de aldefdo:ferredoxina de C. autoethanogenum e Seq. ID 66: sequência de aminoácidos de óxido-redutase de aldeido:ferredoxina de C. autoethanogenum.Figure 36 shows Seq. ID 65: nucleotide sequence of aldehyde:ferredoxin oxide reductase from C. autoethanogenum and Seq. ID 66: amino acid sequence of aldehyde:ferredoxin oxide reductase from C. autoethanogenum.

A Figura 37 mostra Seq. ID 67: sequência de nucleotideos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeido bifuncional de C. IjungdahliiFigure 37 shows Seq. ID 67: nucleotide sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii

A Figura 38 mostra Seq. ID 68: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeido bifuncional de C. IjungdahliiFigure 38 shows Seq. ID 68: amino acid sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii

A Figura 39 mostra Seq. ID 69: sequência de nucleotideos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeido bifuncional de C. IjungdahliiFigure 39 shows Seq. ID 69: nucleotide sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii

A Figura 40 mostra Seq. ID 70: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeido bifuncional de C. Ijungdahlii e Seq. ID 71: sequência de nucleotideos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. Ijungdahlii.Figure 40 shows Seq. ID 70: amino acid sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 71: nucleotide sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii.

A Figura 41 mostra Seq. ID 72: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. Ijungdahlii e Seq. ID 73: sequência de nucleotideos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. Ijungdahlii e Seq. ID 74: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butiraldeído de C. Ijungdahlii.Figure 41 shows Seq. ID 72: amino acid sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 73: nucleotide sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 74: amino acid sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. Ijungdahlii.

A Figura 42 mostra Seq. ID 75: sequência de nucleotideos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii e Seq. ID 76: sequência de ami- noácidos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii e Seq. ID 77: se- quência de nucleotideos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii.Figure 42 shows Seq. ID 75: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 76: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 77: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii.

A Figura 43 mostra Seq. ID 78: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii e Seq. ID 79: sequência de nu- cleotideos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii e Seq. ID 80: se- quência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii.Figure 43 shows Seq. ID 78: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 79: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 80: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii.

A Figura 44 mostra Seq. ID 81: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii e Seq. ID 82: sequência de ami- noácidos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii e Seq. ID 83: se- quência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii.Figure 44 shows Seq. ID 81: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 82: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 83: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii.

A Figura 45 mostra Seq. ID 84: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. Ijungdahlii e Seq. ID 85: sequência de nu- cleotídeos de acetil/butiril transferase de fosfato de C. Ijungdahlii e Seq. ID 86: sequência de aminoácidos de acetil/butiril transferase de fosfato de C. Ijungdahlii e Seq. ID 87: sequência de nucleotídeos de quinase de aceta- to/butirato de C. Ijungdahlii.Figure 45 shows Seq. ID 84: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 85: nucleotide sequence of phosphate acetyl/butyryl transferase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 86: amino acid sequence of phosphate acetyl/butyryl transferase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 87: nucleotide sequence of acetate/butyrate kinase from C. Ijungdahlii.

A Figura 46 mostra Seq. ID 88: sequência de aminoácidos de quinase de acetato/butirato de C. Ijungdahlii e Seq. ID 89: sequência de nu- cleotídeos de óxido-redutase de aldeído:ferredoxina de C. Ijungdahlii e Seq. ID 90: sequência de aminoácidos de óxido-redutase de aldeído:ferredoxina de C. Ijungdahlii.Figure 46 shows Seq. ID 88: amino acid sequence of acetate/butyrate kinase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 89: nucleotide sequence of aldehyde:ferredoxin oxidoreductase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 90: amino acid sequence of aldehyde:ferredoxin oxidoreductase from C. Ijungdahlii.

A Figura 47 mostra Seq. ID 91: sequência de nucleotídeos de ó- xido-redutase de aldeídoíerredoxina de C. Ijungdahlii e Seq. ID 92: sequên- cia de aminoácidos de óxido-redutase de aldeído:ferredoxina de C. Ijungda- hlii.Figure 47 shows Seq. ID 91: nucleotide sequence of aldehyde:ferredoxin oxidoreductase from C. Ijungdahlii and Seq. ID 92: amino acid sequence of aldehyde:ferredoxin oxidoreductase from C. Ijungdahlii.

A Figura 48 mostra Seq. ID 93: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeído bifuncional de C. ragsdaleiFigure 48 shows Seq. ID 93: nucleotide sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. ragsdalei

A Figura 49 mostra Seq. ID 94: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeído bifuncional de C. ragsdaleiFigure 49 shows Seq. ID 94: amino acid sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. ragsdalei

A Figura 50 mostra Seq. ID 95: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeído bifuncional de C. ragsdalei.Figure 50 shows Seq. ID 95: nucleotide sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. ragsdalei.

A Figura 51 mostra Seq. ID 96: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol/butiraldeído bifuncional de C. ragsdalei e Seq. ID 97: sequência de nucleotídeos de desidrogenase de butiraldeído de C. rags- dalei.Figure 51 shows Seq. ID 96: amino acid sequence of bifunctional butanol/butyraldehyde dehydrogenase from C. ragsdalei and Seq. ID 97: nucleotide sequence of butyraldehyde dehydrogenase from C. ragsdalei.

A Figura 52 mostra Seq. ID 98: sequência de aminoácidos de desidrogenase de butiraldeído de C. ragsdalei-, Seq. ID 99: sequência de nucleotídeos de desidrogenase de butiraldeído de C. ragsdalei e Seq. ID 100: sequência de aminoácidos de desidrogenase de butiraldeído de C. ragsdalei.Figure 52 shows Seq. ID 98: amino acid sequence of C. ragsdalei butyraldehyde dehydrogenase, Seq. ID 99: nucleotide sequence of C. ragsdalei butyraldehyde dehydrogenase, and Seq. ID 100: amino acid sequence of C. ragsdalei butyraldehyde dehydrogenase.

A Figura 53 mostra Seq. ID 101: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei e Seq. ID 102: sequência de ami- noácidos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei e Seq. ID 103: se- quência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei.Figure 53 shows Seq. ID 101: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei and Seq. ID 102: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei and Seq. ID 103: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei.

A Figura 54 mostra Seq. ID 104: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei e Seq. ID 105: sequência de nu- cleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei e Seq. ID 106: se- quência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei:Figure 54 shows Seq. ID 104: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei and Seq. ID 105: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei and Seq. ID 106: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei:

A Figura 55 mostra Seq. ID 107: sequência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei e Seq. ID 108: sequência de ami- noácidos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei e Seq. ID 109: se- quência de nucleotídeos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei.Figure 55 shows Seq. ID 107: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei and Seq. ID 108: amino acid sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei and Seq. ID 109: nucleotide sequence of butanol dehydrogenase from C. ragsdalei.

A Figura 56 mostra Seq. ID 110: sequência de aminoácidos de de-hidrogenase de butanol de C. ragsdalei e Seq. ID 111: sequência de nu- cleotídeos de acetil/butiril transferase de fosfato de C. ragsdalei e Seq. ID 112: sequência de aminoácidos de acetil/butiril transferase de fosfato de C. ragsdalei e Seq. ID 113: sequência de nucleotídeos de quinase de aceta- to/butirato de C. ragsdalei.Figure 56 shows Seq. ID 110: amino acid sequence of C. ragsdalei butanol dehydrogenase and Seq. ID 111: nucleotide sequence of C. ragsdalei phosphate acetyl/butyryl transferase and Seq. ID 112: amino acid sequence of C. ragsdalei phosphate acetyl/butyryl transferase and Seq. ID 113: nucleotide sequence of C. ragsdalei acetate/butyrate kinase.

A Figura 57 mostra Seq. ID 114: sequência de aminoácidos de quinase de acetato/butirato de C. ragsdalei e Seq. ID 115: sequência de nu- cleotídeos de óxido-redutase de aldeído:ferredoxina de C. ragsdalei e Seq. ID 116: sequência de aminoácidos de óxido-redutase de aldeído:ferredoxina de C. ragsdalei.Figure 57 shows Seq. ID 114: amino acid sequence of C. ragsdalei acetate/butyrate kinase and Seq. ID 115: nucleotide sequence of C. ragsdalei aldehyde:ferredoxin oxidoreductase and Seq. ID 116: amino acid sequence of C. ragsdalei aldehyde:ferredoxin oxidoreductase.

A Figura 58 mostra Seq. ID 117: sequência de nucleotídeos de óxido-redutase de aldeído:ferredoxina de C. ragsdalei e Seq. ID 118: se- quência de aminoácidos de óxido-redutase de aldeído:ferredoxina de C. ragsdalei.Figure 58 shows Seq. ID 117: nucleotide sequence of aldehyde:ferredoxin oxidoreductase from C. ragsdalei and Seq. ID 118: amino acid sequence of aldehyde:ferredoxin oxidoreductase from C. ragsdalei.

A Figura 59 mostra SEQ ID 136: o gene de rRNA 16s de Clostri- dium Ijungdahlii (CP001666.1, Gl: 300433347).Figure 59 shows SEQ ID 136: the 16s rRNA gene from Clostridium Ijungdahlii (CP001666.1, Gl: 300433347).

A Figura 60 mostra o padrão de expressão gênica de (A) de-Figure 60 shows the gene expression pattern of (A) de-

hidrogenase de butiraldeido/butanol bifuncional (Seq ID 39); (B) de- hidrogenase de butiraldeído (SEQ ID 41); (C) de-hidrogenase de butiraldeído (SEQ ID 45); (D) de-hidrogenase de butanol (SEQ ID 53); (E) de- hidrogenase de butanol (SEQ ID 57); (F) acetil/butiril transferase de fosfato (SEQ ID 57); (G), quinase de acetato/butirato (SEQ ID 59); (H) óxido- redutase de aldeidorferredoxina (SEQ ID 63); (I) óxido-redutase de aldei- do.ferredoxina (SEQ ID 65).bifunctional butyraldehyde/butanol hydrogenase (Seq ID 39); (B) butyraldehyde dehydrogenase (SEQ ID 41); (C) butyraldehyde dehydrogenase (SEQ ID 45); (D) butanol dehydrogenase (SEQ ID 53); (E) butanol dehydrogenase (SEQ ID 57); (F) acetyl/butyryl phosphate transferase (SEQ ID 57); (G), acetate/butyrate kinase (SEQ ID 59); (H) aldehydeferredoxin oxidoreductase (SEQ ID 63); (I) aldehyde-ferredoxin oxidoreductase (SEQ ID 65).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

O seguinte é uma descrição da presente invenção, incluindo modalidades preferidas da mesma, fornecidas em termos gerais. A invenção é ainda elucidada a partir da descrição fornecida sob o cabeçalho "Exem- plos" aqui abaixo, os quais fornecem dados experimentais que apoiam a in- venção, exemplos específicos de vários aspectos da invenção e meios de realização da invenção.The following is a description of the present invention, including preferred embodiments thereof, provided in general terms. The invention is further elucidated from the description provided under the heading "Examples" herein below, which provide experimental data supporting the invention, specific examples of various aspects of the invention, and means of carrying out the invention.

Dentre outros, os micro-organismos estreitamente relacionado C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii e C. ragsdalei são conhecidos por serem úteis para a produção de etanol como biocombustível a partir de monóxido de carbono. A fim de produzir 1-butanol como um biocombustível a partir de um substrato gasoso, um sistema de transformação universal para estes organismos foi desenvolvido e produção de 1-butanol como o principal pro- duto de fermentação a partir de CO foi demonstrada.Among others, the closely related microorganisms C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii and C. ragsdalei are known to be useful for the production of ethanol as a biofuel from carbon monoxide. In order to produce 1-butanol as a biofuel from a gaseous substrate, a universal transformation system for these organisms was developed and production of 1-butanol as the major fermentation product from CO was demonstrated.

Os inventores descobriram que, quando os genes particulares que codificam proteínas na via de biossíntese de 1-butanol (Figura 1) foram introduzidos em micro-organismos acetogênicos, estes micro-organismos foram capazes de usar um substrato gasoso para produzir 1-butanol ou um precursor do mesmo como o principal produto da fermentação. Embora al- guns micro-organismos não modificados sejam conhecidos por produzir 1- butanol, o rendimento de 1-butanol a partir de CO produzido por estes micro- organismos não modificados é muito baixo. Como um resultado, sua utilida- de para a produção de biocombustíveis a partir de substratos gasosos é ex- tremamente limitada em virtude de sua baixa eficiência e subsequente falta de viabilidade comercial. Clostridium autoethanogenum produz naturalmente etanol, acetato, 2,3-butanodiol e ácido láctico, mas não é conhecido pela produção de 1-butanol.The inventors discovered that when particular genes encoding proteins in the 1-butanol biosynthetic pathway (Figure 1) were introduced into acetogenic microorganisms, these microorganisms were able to use a gaseous substrate to produce 1-butanol or a precursor thereof as the major fermentation product. Although some unmodified microorganisms are known to produce 1-butanol, the yield of 1-butanol from CO produced by these unmodified microorganisms is very low. As a result, its usefulness for the production of biofuels from gaseous substrates is extremely limited due to its low efficiency and subsequent lack of commercial viability. Clostridium autoethanogenum naturally produces ethanol, acetate, 2,3-butanediol, and lactic acid, but is not known to produce 1-butanol.

Conforme mostrado na Figura 1, a via de Wood-Ljungdahl con- verte CO em acetil-CoA. Este composto pode ser posteriormente convertido em 1-butanol em micro-organismos acetogênicos pela ação das enzimas tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, crotonase/hidratase de cro- tonil-CoA, de-hidrogenase de butiril-CoA, de-hidrogenase de butiraldeído e de-hidrogenase de butanol. Em uma modalidade particular da invenção, o micro-organismo expressa as primeiras quatro enzimas, as quais podem ser codificadas pelos ácidos nucleicos SEQ ID NOs. 1 a 4 ou variantes funcio- nalmente equivalentes das mesmas. A presente invenção fornece um micro- organismo que facilita a conversão de acetil-CoA em 1-butanol pela ação de enzimas codificadas por ácidos nucleicos recombinantes, bem como enzi- mas que ocorrem naturalmente. A invenção também proporciona o uso de micro-organismos que expressam outras sequências de ácido nucleico re- combinantes, as quais codificam enzimas em outros estágios nas vias de biossíntese de butanol ou Wodd-Ljungdahl. Os inventores também identifica- ram uma série de novas enzimas e ácidos nucleicos.As shown in Figure 1, the Wood-Ljungdahl pathway converts CO to acetyl-CoA. This compound can be further converted to 1-butanol in acetogenic microorganisms by the action of the enzymes thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, crotonase/crotonyl-CoA hydratase, butyryl-CoA dehydrogenase, butyraldehyde dehydrogenase, and butanol dehydrogenase. In a particular embodiment of the invention, the microorganism expresses the first four enzymes, which can be encoded by nucleic acids SEQ ID NOs. 1 to 4 or functionally equivalent variants thereof. The present invention provides a microorganism that facilitates the conversion of acetyl-CoA to 1-butanol by the action of enzymes encoded by recombinant nucleic acids as well as naturally occurring enzymes. The invention also provides the use of microorganisms expressing other recombinant nucleic acid sequences which encode enzymes at other stages in the butanol or Wodd-Ljungdahl biosynthesis pathways. The inventors have also identified a number of novel enzymes and nucleic acids.

Uma vez que não há uma competência natural (absorção de DNA extracelular a partir do ambiente da célula) conhecida em Clostridia, eletrotransformação ou conjugação são os únicos métodos disponíveis para transformação. Estas questões representam dificuldades significativas na transformação eficaz de espécies Clostridium. Adicionalmente, os sistemas de restrição/metilação encontrados em Clostridia protegem contra DNA es- tranho e de fago e resultam em sua transformação genética sendo particu- larmente problemática. Foi mostrado que transformação de várias cepas de Clostridium (C. acetobutylicum ATCC824, C. cellulolyticum ATCC35319, C. botulinum ATCC25765 e C. difficile CD3 e CD6) é possível somente se o DNA é metilado in vivo em E. coli ou metilado in vitro em um padrão especí- fico antes de transformação (Memelstein et al., 1993; Herbert et al., 2003; Jennert et al., 2000; Davis et al., 2000). No entanto, a determinação do pa- drão correto de metilação muitas vezes não é possível em virtude de exohu- cleases inespecificas, etc. Adicionalmente, muitas espécies de Clostridium também possuem sistemas de restrição os quais digerem o DNA que é meti- lado em uma posição específica ("errado”).Since there is no known natural competence (uptake of extracellular DNA from the cell environment) in Clostridia, electrotransformation or conjugation are the only methods available for transformation. These issues pose significant difficulties in the effective transformation of Clostridium species. Additionally, the restriction/methylation systems found in Clostridia protect against foreign and phage DNA and result in their genetic transformation being particularly problematic. It has been shown that transformation of several Clostridium strains (C. acetobutylicum ATCC824, C. cellulolyticum ATCC35319, C. botulinum ATCC25765 and C. difficile CD3 and CD6) is possible only if the DNA is methylated in vivo in E. coli or methylated in vitro in a specific pattern prior to transformation (Memelstein et al., 1993; Herbert et al., 2003; Jennert et al., 2000; Davis et al., 2000). However, determination of the correct methylation pattern is often not possible due to nonspecific exohucleases, etc. Additionally, many Clostridium species also possess restriction systems which digest DNA that is methylated at a specific (“wrong”) position.

Os principais obstáculos mencionados acima foram superados pelos inventores no desenvolvimento dos micro-organismos recombinantes da presente invenção. Um sistema de metilação inovador compreendendo um novo gene de metitransferase foi desenvolvido para contornar as barrei- ras de restrição que ocorrem naturalmente presentes em micro-organismos acetogênicos nativos. Consequentemente, o método de metilação e gene de metiltransferase da presente invenção podem ser aplicados a uma série de micro-organismos compatíveis que possuem barreiras que impedem a intro- dução e expressão eficazes de ácidos nucleicos recombinantes desejáveis em micro-organismos.The above-mentioned major obstacles have been overcome by the inventors in developing the recombinant microorganisms of the present invention. A novel methylation system comprising a novel methytransferase gene has been developed to circumvent the naturally occurring restriction barriers present in native acetogenic microorganisms. Accordingly, the methylation method and methyltransferase gene of the present invention can be applied to a variety of compatible microorganisms that possess barriers that prevent the effective introduction and expression of desirable recombinant nucleic acids into microorganisms.

DefiniçõesDefinitions

Conforme referido aqui, "precursores de 1-butanol" incluem buti- ril-CoA, butiril-fosfato, butirato e butiraldeído.As noted herein, "1-butanol precursors" include butyryl-CoA, butyryl-phosphate, butyrate, and butyraldehyde.

Conforme referido aqui, um "caldo de fermentação" é um meio de cultura compreendendo pelo menos meios nutrientes e células bacteria- nas.As referred to herein, a "fermentation broth" is a culture medium comprising at least nutrient media and bacterial cells.

Conforme referido aqui, um "micro-organismo de transporte" é um micro-organismo no qual uma enzima metiltransferase é expressa e é distinto do micro-organismo de destino.As referred to here, a "transport microorganism" is a microorganism in which a methyltransferase enzyme is expressed and is distinct from the target microorganism.

Conforme referido aqui, um "micro-organismo de destino" é um micro-organismo no qual os genes incluídos no construto de expressão são expressos e é distinto do micro-organismo de transporte.As referred to herein, a "target microorganism" is a microorganism in which the genes included in the expression construct are expressed and is distinct from the transport microorganism.

Conforme referido aqui, o termo "principal produto de fermenta- ção" se destina a significar o primeiro produto de fermentação o qual é pro- duzido em maior concentração e/ou rendimento.As referred to herein, the term "principal fermentation product" is intended to mean the first fermentation product which is produced in greatest concentration and/or yield.

Os termos "aumento da eficiência", "eficiência aumentada" e si- milares, quando usados em relação a um processo de fermentação incluem, porém sem limitações, aumento de um ou mais da taxa de crescimento de micro-organismos que catalisam a fermentação, o volume do produto dese- jado (tais como álcoois) produzido por volume de substrato (tal como açúcar) consumido, a taxa de produção ou o nível de produção do produto desejado e a proporção relativa do produto desejado produzido comparado com outros subprodutos da fermentação.The terms "increased efficiency", "increased efficiency" and the like, when used in relation to a fermentation process include, but are not limited to, increasing one or more of the growth rate of microorganisms that catalyze the fermentation, the volume of desired product (such as alcohols) produced per volume of substrate (such as sugar) consumed, the rate of production or level of production of the desired product, and the relative proportion of the desired product produced compared to other by-products of the fermentation.

A frase "substrato que compreende monóxido de carbono" e termos similares deverão ser entendidos como incluindo qualquer substrato no qual monóxido de carbono está disponível para uma ou mais cepas de bactérias para crescimento e/ou fermentação, por exemplo.The phrase "substrate comprising carbon monoxide" and similar terms should be understood to include any substrate on which carbon monoxide is available to one or more strains of bacteria for growth and/or fermentation, for example.

A frase "substrato gasoso que compreende monóxido de carbo- no" e frases e termos similares incluem qualquer gás o qual contém um nível de monóxido de carbono. Em determinadas modalidades, o substrato con- tém pelo menos cerca de 20% a cerca de 100% de CO em volume, de 20% a 70% de CO em volume, de 30% a 60% de CO em volume e de 40% a 55% de CO em volume. Em modalidades particulares, o substrato compreende cerca de 25% ou cerca de 30% ou cerca de 35% ou cerca de 40% ou cerca de 45% ou cerca de 50% de CO ou cerca de 55% de CO ou cerca de 60% de CO em volume.The phrase "gaseous substrate comprising carbon monoxide" and similar phrases and terms include any gas which contains a level of carbon monoxide. In certain embodiments, the substrate contains at least about 20% to about 100% CO by volume, from 20% to 70% CO by volume, from 30% to 60% CO by volume, and from 40% to 55% CO by volume. In particular embodiments, the substrate comprises about 25%, or about 30%, or about 35%, or about 40%, or about 45%, or about 50% CO, or about 55% CO, or about 60% CO by volume.

Embora não seja necessário que o substrato contenha qualquer de hidrogênio, a presença de H2 não deverá ser prejudicial para a formação do produto de acordo com os métodos da invenção. Em modalidades parti- culares, a presença de hidrogênio resulta em uma eficiência global aumen- tada de produção de álcool. Por exemplo, em modalidades particulares, o substrato pode compreender uma proporção aproximada de H2:CO de 2:1 ou 1:1 ou 1:2 Em uma modalidade, o substrato compreende cerca de 30% ou menos de H2em volume, 20% ou menos de H2 em volume, cerca de 15% ou menos de H2 em volume ou cerca de 10% ou menos de H2 em volume. Em outras modalidades, a corrente de substrato compreende baixas concen- trações de H2, por exemplo, menos de 5% ou menos de 4% ou menos de 3% ou menos de 2% ou menos de 1% ou é substancialmente livre de hidro- gênio. O substrato também pode conter algum CO2, por exemplo, tal como cerca de 1 % a cerca de 80% de CO2 em volume ou 1 % a cerca de 30% de CO2 em volume. Em uma modalidade, o substrato compreende menos de ou igual a cerca de 20% de CO2 em volume. Em modalidades particulares, o substrato compreende menos de ou igual a cerca de 15% de CO2 em volu- me, menos de ou igual a cerca de 10% de CO2 em volume, menos de ou igual a cerca de 5% de CO2 em volume ou substancialmente nenhum CO2.While it is not necessary for the substrate to contain any hydrogen, the presence of H2 should not be detrimental to the formation of the product according to the methods of the invention. In particular embodiments, the presence of hydrogen results in an overall increased efficiency of alcohol production. For example, in particular embodiments, the substrate may comprise an approximate H2:CO ratio of 2:1 or 1:1 or 1:2. In one embodiment, the substrate comprises about 30% or less H2 by volume, 20% or less H2 by volume, about 15% or less H2 by volume, or about 10% or less H2 by volume. In other embodiments, the substrate stream comprises low concentrations of H2, e.g., less than 5%, or less than 4%, or less than 3%, or less than 2%, or less than 1%, or is substantially free of hydrogen. The substrate may also contain some CO2, for example, such as about 1% to about 80% CO2 by volume or 1% to about 30% CO2 by volume. In one embodiment, the substrate comprises less than or equal to about 20% CO2 by volume. In particular embodiments, the substrate comprises less than or equal to about 15% CO2 by volume, less than or equal to about 10% CO2 by volume, less than or equal to about 5% CO2 by volume, or substantially no CO2.

Na descrição a qual segue, modalidades da invenção são descri- tas em termos de distribuição e fermentação de um "substrato gasoso con- tendo CO". No entanto, deverá ser notado que 0 substrato gasoso pode ser fornecido em formas alternativas. Por exemplo, o substrato gasoso contendo CO pode ser fornecido dissolvido em um líquido. Essencialmente, um líquido é saturado com um gás contendo monóxido de carbono e, então, este líqui- do é adicionado ao biorreator. Isto pode ser obtido usando uma metodologia padrão. A título de exemplo, um gerador de dispersão de microbolhas (Hen- sirisak et al., Scale-Up of Microbubble Dispersion Generator For Aerobic Fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology Volume 101, Número 3 / Outubro de 2002) poderia ser usado. A título de exemplo adicional, 0 substrato gasoso contendo CO pode ser adsorvido sobre um suporte sólido. Tais métodos alternativos são abrangidos pelo uso do termo "substrato con- tendo CO" e similares.In the description which follows, embodiments of the invention are described in terms of the delivery and fermentation of a "CO-containing gaseous substrate". However, it should be noted that the gaseous substrate may be supplied in alternative forms. For example, the CO-containing gaseous substrate may be supplied dissolved in a liquid. Essentially, a liquid is saturated with a gas containing carbon monoxide and then this liquid is added to the bioreactor. This may be accomplished using standard methodology. By way of example, a microbubble dispersion generator (Hensirisak et al., Scale-Up of Microbubble Dispersion Generator For Aerobic Fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology Volume 101, Issue 3 / October 2002) could be used. By way of further example, the CO-containing gaseous substrate may be adsorbed onto a solid support. Such alternative methods are encompassed by the use of the term "CO-containing substrate" and the like.

Em modalidades particulares da invenção, o substrato gasoso contendo CO é um gás ou efluente residual ou industrial. "Gás ou efluente residual ou industrial" deve ser tomado de forma ampla para incluir qualquer gás compreendendo CO produzido por um processo industrial e incluem ga- ses produzidos como um resultado da fabricação de produtos de metal fer- roso, fabricação de produtos não-ferrosos, processos de refino de petróleo, gaseificação de carvão, gaseificação de biomassa, produção de energia elé- trica, produção de negro de fumo e fabricação de coque. Outros exemplos podem ser fornecidos aqui em outra parte.In particular embodiments of the invention, the CO-containing gaseous substrate is a waste or industrial gas or effluent. "Waste or industrial gas or effluent" should be taken broadly to include any gas comprising CO produced by an industrial process and includes gases produced as a result of ferrous metal product manufacturing, non-ferrous product manufacturing, petroleum refining processes, coal gasification, biomass gasification, electrical power production, carbon black production, and coke manufacturing. Other examples may be provided elsewhere herein.

A menos que o contexto venha a requerer de outra forma, as frases "fermentação", "processo de fermentação" ou "reação de fermenta- ção" e similares, conforme usado aqui, se destinam a abranger a fase de crescimento e a fase de biossíntese de produto do processo. Conforme será descrito em maiores detalhes a seguir, em algumas modalidades, o biorrea- tor pode compreender um primeiro reator de crescimento e um segundo rea- tor de fermentação. Como tal, a adição de metais ou composições a uma reação de fermentação deve ser entendida como incluindo a adição a um ou ambos estes reatores.Unless the context otherwise requires, the phrases "fermentation", "fermentation process" or "fermentation reaction" and the like, as used herein, are intended to encompass both the growth phase and the product biosynthesis phase of the process. As will be described in greater detail below, in some embodiments, the bioreactor may comprise a first growth reactor and a second fermentation reactor. As such, the addition of metals or compositions to a fermentation reaction should be understood to include addition to one or both of these reactors.

O termo "biorreator" inclui um dispositivo de fermentação que consiste em um ou mais vasos e/ou torres ou configuração de tubulação, a qual inclui o Reator de Tanque Agitado Contínuo (Continuous Stirred Tank Reactor - CSTR), Reator de Células Imobilizadas (Immobilized Cell Reactor - ICR), Reator de Leito de Gotejamento (Trickle Bed Reator - TBR), Coluna de Bolhas, Fermentador por Elevação a Gás, Misturador Estático ou outro vaso ou outro dispositivo adequado para contato gás-líquido. Conforme é ainda descrito aqui depois, em algumas modalidades, o biorreator pode compre- ender um primeiro reator de crescimento e um segundo reator de fermenta- ção. Como tal, quando de referência à adição de substrato ao biorreator ou reação de fermentação, isto deverá ser entendido como incluindo a adição a um ou ambos destes reatores, onde apropriado. "Ácidos nucleicos exógenos" são ácidos nucleicos os quais se originam fora do micro-organismo no qual eles são introduzidos. Ácidos nu- cleicos exógenos podem ser derivados de qualquer fonte apropriada incluin- do, porém sem limitações, o micro-organismo no qual eles têm de ser intro- duzidos, cepas ou espécies de micro-organismos que diferem do organismo no qual elas devem ser introduzidas ou eles podem ser criados artificial ou recombinante. Em uma modalidade, os ácidos nucleicos exógenos represen- tam sequências de ácidos nucleicos presentes naturalmente no micro- organismo no qual elas têm de ser introduzidas e eles são introduzidos para aumentar a expressão ou superexpressão de um gene em particular (por exemplo, mediante aumento do número de cópias da sequência (por exem- plo, um gene)). Em outra modalidade, os ácidos nucleicos exógenos repre- sentam sequências de ácido nucleico não naturalmente presentes dentro do micro-organismo no qual eles devem ser introduzidos e permitem a expres- são de um produto não naturalmente presente no micro-organismo ou ex- pressão aumentada de um gene nativo ao micro-organismo (por exemplo, no caso de introdução de um elemento regulador, tal como um promotor). O ácido nucleico exógeno pode ser adaptado para se integrar no genoma do micro-organismo no qual ele tem de ser introduzido ou permanecer em um estado extra-cromossômico.The term "bioreactor" includes a fermentation device consisting of one or more vessels and/or towers or piping configuration, which includes a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), Immobilized Cell Reactor (ICR), Trickle Bed Reactor (TBR), Bubble Column, Gas Lift Fermenter, Static Mixer or other vessel or other device suitable for gas-liquid contact. As further described herein, in some embodiments, the bioreactor may comprise a first growth reactor and a second fermentation reactor. As such, when referring to the addition of substrate to the bioreactor or fermentation reaction, this should be understood to include addition to one or both of these reactors, where appropriate. "Exogenous nucleic acids" are nucleic acids which originate outside the microorganism into which they are to be introduced. Exogenous nucleic acids may be derived from any suitable source including, but not limited to, the microorganism into which they are to be introduced, strains or species of microorganisms that differ from the organism into which they are to be introduced, or they may be artificially or recombinantly created. In one embodiment, exogenous nucleic acids represent nucleic acid sequences naturally present in the microorganism into which they are to be introduced and they are introduced to enhance the expression or overexpression of a particular gene (e.g., by increasing the copy number of the sequence (e.g., a gene)). In another embodiment, the exogenous nucleic acids represent nucleic acid sequences not naturally present within the microorganism into which they are to be introduced and allow for the expression of a product not naturally present in the microorganism or increased expression of a gene native to the microorganism (e.g., in the case of introduction of a regulatory element, such as a promoter). The exogenous nucleic acid may be adapted to integrate into the genome of the microorganism into which it is to be introduced or remain in an extrachromosomal state.

Será apreciado que a invenção pode ser praticada usando áci- dos nucleicos cuja sequência difere das sequências especificamente exem- plificadas aqui, contanto que eles desempenhem substancialmente a mesma função. Para sequências de ácidos nucleicos que codificam uma proteína ou um peptídeo, isto significa que a proteína ou peptídeo codificado tem subs- tancialmente a mesma função. Para sequências de ácidos nucleicos que representam sequências promotoras, a sequência variante terá a capacida- de de promover a expressão de um ou mais genes. Tais ácidos nucleicos podem ser referidos aqui como "variantes funcionalmente equivalentes". A título de exemplo, variantes funcionalmente equivalentes de um ácido nucle- ico incluem variantes alélicas, fragmentos de um gene, genes os quais inclu- em mutações (deleção, inserção, substituições de nucleotídeos e similares) e/ou polimorfismos e similares. Genes homólogos de outras bactérias capa- zes de fermentação de ácido butírico ou butanol podem também ser consi- derados como exemplos de variantes funcionalmente equivalentes das se- quências especificamente exemplificadas aqui. Estes incluem os genes ho- mólogos em espécies tais como Clostridium acetobutylicum, Clostridium bei- jerinckii, Clostridium tetani, Clostridium pasteurianum, Clostridium kluyveri, Clostridium cellulovorans, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Clostridium butyricum cepa DSM10702, Clostridium tyrobutyricum cepa ATCC 25755, Anaerococcus prevotii DSM 20548, Thermoanaerobacter tengcongensis , Brachyspira pilosicoli, Bacillus megaterium, Streptococcus pyogenes e Clostridium saccharoperbutylacetonicum, cujos detalhes estão disponíveis ao público em sites tais como o Genbank ou NCBI. A frase "vari- antes funcionalmente equivalentes" também deve ser tomada para incluir ácidos nucleicos cuja sequência varia como um resultado de otimização de códons para um organismo particular. "Variantes funcionalmente equivalen- tes" de um ácido nucleico aqui terão, de preferência, pelo menos cerca de 70%, de preferência cerca de 80%, mais preferivelmente cerca de 85%, de preferência cerca de 90%, de preferência cerca de 95% ou mais de identida- de de sequência de ácido nucleico com o ácido nucleico identificado. Em uma modalidade particular, a variante funcionalmente equivalente do gene de tiolase, conforme definido aqui, pode ser o gene atoAB em E. coli (NC-000913.2; atoA = GenelD: 946719; atoB = GenelD: 946727). Variantes funcionalmente equivalentes do gene eftAB, conforme definido aqui, podem ser encontradas em Tsai e Saier (1995).It will be appreciated that the invention may be practiced using nucleic acids whose sequence differs from the sequences specifically exemplified herein, so long as they perform substantially the same function. For nucleic acid sequences encoding a protein or peptide, this means that the encoded protein or peptide has substantially the same function. For nucleic acid sequences representing promoter sequences, the variant sequence will have the ability to promote the expression of one or more genes. Such nucleic acids may be referred to herein as "functionally equivalent variants." By way of example, functionally equivalent variants of a nucleic acid include allelic variants, fragments of a gene, genes which include mutations (deletion, insertion, nucleotide substitutions, and the like) and/or polymorphisms, and the like. Homologous genes from other bacteria capable of butyric acid or butanol fermentation may also be considered as examples of functionally equivalent variants of the sequences specifically exemplified herein. These include homologous genes in species such as Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Clostridium tetani, Clostridium pasteurianum, Clostridium kluyveri, Clostridium cellulovorans, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Clostridium butyricum strain DSM10702, Clostridium tyrobutyricum strain ATCC 25755, Anaerococcus prevotii DSM 20548, Thermoanaerobacter tengcongensis, Brachyspira pilosicoli, Bacillus megaterium, Streptococcus pyogenes and Clostridium saccharoperbutylacetonicum, details of which are publicly available on websites such as Genbank or NCBI. The phrase "functionally equivalent variants" should also be taken to include nucleic acids whose sequence varies as a result of codon optimization for a particular organism. "Functionally equivalent variants" of a nucleic acid herein will preferably have at least about 70%, preferably about 80%, more preferably about 85%, preferably about 90%, most preferably about 95% or more nucleic acid sequence identity to the identified nucleic acid. In a particular embodiment, the functionally equivalent variant of the thiolase gene as defined herein may be the atoAB gene in E. coli (NC-000913.2; atoA = GenelD: 946719; atoB = GenelD: 946727). Functionally equivalent variants of the eftAB gene as defined herein can be found in Tsai and Saier (1995).

Será também apreciado que a invenção pode ser praticada u- sando polipeptídeos cuja sequência difere das sequências de aminoácidos especificamente exemplificadas aqui. Estas variantes podem ser referidas aqui como "variantes funcionalmente equivalentes". Uma variante funcional- mente equivalente de uma proteína ou um peptídeo inclui aquelas proteínas ou peptídeos que compartilham pelo menos 40%, de preferência 50%, de preferência 60%, de preferência 70%, de preferência 75%, de preferência 80%, de preferência 85%, de preferência 90%, de preferência 95% ou mais de identidade de aminoácidos com a proteína ou peptídeo identificado e tem substancialmente a mesma função que o peptídeo ou proteína de interesse. Tais variantes incluem, dentro de seu escopo, fragmentos de uma proteína ou um peptídeo, em que o fragmento compreende uma forma truncada do polipeptídeo, em que deleções podem ser de 1 a 5, a 10, a 15, a 20, a 25 aminoácidos e podem se estender do resíduo 1 a 25 em cada término do polipeptídeo e em que deleções podem ser de qualquer comprimento dentro da região; ou podem estar em uma localização interna. Variantes funcional- mente equivalentes dos polipeptídeos específicos aqui também deve ser tomado para incluir polipeptídeos expressos por genes homólogos em outras espécies de bactérias, por exemplo, conforme exemplificado no parágrafo anterior. "Substancialmente a mesma função", conforme usado aqui, se destina a significar que o ácido nucleico ou polipeptídeo é capaz de desem- penhar a função do ácido nucleico ou polipeptídeo do qual ele é uma varian- te. Por exemplo, uma variante de uma enzima da invenção será capaz de catalisar a mesma reação que a enzima. No entanto, isso não deve ser to- mado como significando que a variante tem o mesmo nível de atividade que o polipeptídeo ou ácido nucleico do qual ela é uma variante.It will also be appreciated that the invention may be practiced using polypeptides whose sequence differs from the amino acid sequences specifically exemplified herein. Such variants may be referred to herein as "functionally equivalent variants." A functionally equivalent variant of a protein or a peptide includes those proteins or peptides that share at least 40%, preferably 50%, preferably 60%, preferably 70%, preferably 75%, preferably 80%, preferably 85%, preferably 90%, preferably 95% or more amino acid identity with the identified protein or peptide and have substantially the same function as the peptide or protein of interest. Such variants include, within their scope, fragments of a protein or a peptide, wherein the fragment comprises a truncated form of the polypeptide, wherein deletions may be from 1 to 5, to 10, to 15, to 20, to 25 amino acids and may extend from residue 1 to 25 at either terminus of the polypeptide and wherein deletions may be of any length within the region; or may be in an internal location. Functionally equivalent variants of the specific polypeptides herein should also be taken to include polypeptides expressed by homologous genes in other species of bacteria, for example, as exemplified in the preceding paragraph. "Substantially the same function", as used herein, is intended to mean that the nucleic acid or polypeptide is capable of performing the function of the nucleic acid or polypeptide of which it is a variant. For example, a variant of an enzyme of the invention will be capable of catalyzing the same reaction as the enzyme. However, this should not be taken to mean that the variant has the same level of activity as the polypeptide or nucleic acid of which it is a variant.

Pode-se avaliar se uma variante funcionalmente equivalente tem substancialmente a mesma função que o ácido nucleico ou polipeptídeo do qual ela é uma variante usando qualquer número de métodos conhecidos. No entanto, a título de exemplo, os métodos descritos em Inui et al. (2008) podem ser usados para avaliar a atividade enzimática. "Superexpressar", "superexpressão" e termos e frases similares, quando usados em relação à invenção, deverão ser tomados de forma am- pla para incluir qualquer aumento na expressão de uma ou mais proteínas quando comparado com o nível de expressão da proteína de um micro- organismo parental sob as mesmas condições. Ele não deve ser tomado para significar que a proteína é expressa em qualquer nível particular.One may assess whether a functionally equivalent variant has substantially the same function as the nucleic acid or polypeptide of which it is a variant using any number of known methods. However, by way of example, the methods described in Inui et al. (2008) may be used to assess enzymatic activity. "Overexpress", "overexpression" and similar terms and phrases, when used in connection with the invention, should be taken broadly to include any increase in the expression of one or more proteins when compared to the level of expression of the protein of a parent microorganism under the same conditions. It should not be taken to mean that the protein is expressed at any particular level.

Um "micro-organismo parental" é um micro-organismo usado pa- ra gerar um micro-organismo recombinante da presente invenção. O micro- organismo parental pode ser um que ocorre na natureza (isto é, um micro- organismo do tipo silvestre) ou um que tenha sido previamente modificado, mas o qual não expressa ou superexpressa uma ou mais das enzimas da presente invenção. Consequentemente, os micro-organismos recombinantes da presente invenção foram modificados para expressar ou superexpressar uma ou mais enzimas que não eram expressas ou superexpressas no micro- organismo parental.A "parent microorganism" is a microorganism used to generate a recombinant microorganism of the present invention. The parent microorganism may be one that occurs in nature (i.e., a wild-type microorganism) or one that has been previously modified but which does not express or overexpresses one or more of the enzymes of the present invention. Accordingly, the recombinant microorganisms of the present invention have been modified to express or overexpress one or more enzymes that were not expressed or overexpressed in the parent microorganism.

Os termos "construtos de ácido nucleico" ou "vetores" e termos similares deverão ser tomados de forma ampla para incluir qualquer ácido nucleico (incluindo DNA e RNA) apropriado para uso como um veículo para transferir material genético para uma célula. Os termos deverão ser entendi- dos como incluindo plasmídeos, vírus (incluindo bacteriófagos), cosmídeos e cromossomos artificiais. Construtos ou vetores podem incluir um ou mais elementos reguladores, uma origem de replicação, um sítio de clonagem múltipla e/ou um marcador selecionável, dentre outros elementos, sítios e marcadores. Em uma modalidade particular, os construtos ou vetores são adaptados para permitir expressão de um ou mais genes codificados pelo construto ou vetor. Construtos de ácido nucleico ou vetores incluem ácidos nucleicos livres, bem como ácidos nucleicos formulados com um ou mais agentes para facilitar a distribuição a uma célula (por exemplo, ácido nuclei- co conjugado a lipossoma, um organismo no qual o ácido nucleico está con- tido).The terms "nucleic acid constructs" or "vectors" and similar terms should be taken broadly to include any nucleic acid (including DNA and RNA) suitable for use as a vehicle for transferring genetic material into a cell. The terms should be understood to include plasmids, viruses (including bacteriophages), cosmids, and artificial chromosomes. Constructs or vectors may include one or more regulatory elements, an origin of replication, a multiple cloning site, and/or a selectable marker, among other elements, sites, and markers. In a particular embodiment, the constructs or vectors are adapted to permit expression of one or more genes encoded by the construct or vector. Nucleic acid constructs or vectors include free nucleic acids as well as nucleic acids formulated with one or more agents to facilitate delivery to a cell (e.g., nucleic acid conjugated to a liposome, an organism in which the nucleic acid is contained).

Deverá ser notado que os ácidos nucleicos da invenção podem estar em qualquer forma adequada, incluindo RNA, DNA ou cDNA, incluindo ácidos nucleicos fita dupla e fita simples.It should be noted that the nucleic acids of the invention may be in any suitable form, including RNA, DNA or cDNA, including double-stranded and single-stranded nucleic acids.

Em um aspecto, a invenção proporciona micro-organismos ge- neticamente modificados capazes de usar CO para produzir 1-butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermentação. O micro- organismo é, de preferência, um micro-organismo recombinante acetogênico que produz 1-butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermentação. Em uma modalidade particular, o micro-organismo recom- binante acetogênico é capaz de produzir 1-butanol ou um precursor do mesmo por meio de fermentação de um substrato que compreende CO em uma concentração maior do que aproximadamente de 1 mM ou 0,075 g/l de butanol por litro de caldo de fermentação.In one aspect, the invention provides genetically modified microorganisms capable of using CO to produce 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product. The microorganism is preferably an acetogenic recombinant microorganism that produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the main fermentation product. In a particular embodiment, the acetogenic recombinant microorganism is capable of producing 1-butanol or a precursor thereof by fermentation of a substrate comprising CO at a concentration greater than approximately 1 mM or 0.075 g/L butanol per liter of fermentation broth.

Em uma modalidade particular, o micro-organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos exógenos adaptados para expressar ou super- expressar uma ou mais enzimas na via de biossíntese de butanol. Em uma modalidade, o micro-organismo é adaptado para expressar uma ou mais enzimas na via de biossíntese de butanol que não estão naturalmente pre- sentes no micro-organismo parental do qual ele é derivado ou superexpres- sar uma ou mais enzimas na via de biossíntese de butanol que estão natu- ralmente presentes no micro-organismo parental.In a particular embodiment, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids adapted to express or overexpress one or more enzymes in the butanol biosynthesis pathway. In one embodiment, the microorganism is adapted to express one or more enzymes in the butanol biosynthesis pathway that are not naturally present in the parent microorganism from which it is derived or to overexpress one or more enzymes in the butanol biosynthesis pathway that are naturally present in the parent microorganism.

O micro-organismo pode ser adaptado para expressar ou super- expressar uma ou mais enzimas por meio de qualquer número de métodos recombinantes incluindo, por exemplo, aumento de expressão de genes na- tivos dentro do micro-organismo (por exemplo, mediante introdução de um promotor forte ou constitutivo para disparar a expressão de um gene), au- mento do número de cópias de um gene que codifica uma enzima em parti- cular mediante introdução de ácidos nucleicos exógenos que codificam e adaptados para expressar a enzima, introdução de um ácido nucleico exó- geno que codifica e adaptado para não expressar uma enzima naturalmente presente no micro-organismo parental.The microorganism may be adapted to express or overexpress one or more enzymes by any number of recombinant methods including, for example, increasing the expression of native genes within the microorganism (e.g., by introducing a strong or constitutive promoter to trigger expression of a gene), increasing the copy number of a gene encoding a particular enzyme by introducing exogenous nucleic acids encoding and adapted to express the enzyme, introducing an exogenous nucleic acid encoding and adapted not to express an enzyme naturally present in the parent microorganism.

Em determinadas modalidades, o micro-organismo parental po- de ser transformado para proporcionar uma combinação de expressão au- mentada ou superexpressão de um ou mais genes nativos ao micro- organismo parental e introdução de um ou mais genes que não são nativos ao micro-organismo parental.In certain embodiments, the parent microorganism can be transformed to provide a combination of increased expression or overexpression of one or more genes native to the parent microorganism and introduction of one or more genes that are not native to the parent microorganism.

De preferência, o micro-organismo compreende um ou mais áci- dos nucleicos exógenos que codificam uma ou mais das enzimas escolhidas do grupo que consiste em: tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA; Crotonase/hidratase de crotonil-CoA; de-hidrogenase de butiril-CoA; Flavo- proteína A de Transferência de Elétrons; e Flavoproteína B de Transferência de Elétrons. Em uma modalidade, o um ou mais ácidos nucleicos que codifi- cam uma ou mais enzimas são escolhidos dentre ácidos nucleicos de SEQ ID NO. 1 a SEQ ID NO. 6 ou variantes funcionalmente equivalentes das mesmas.Preferably, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more of the enzymes selected from the group consisting of: thiolase; 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase; crotonase/crotonyl-CoA hydratase; butyryl-CoA dehydrogenase; Electron Transfer Flavoprotein A; and Electron Transfer Flavoprotein B. In one embodiment, the one or more nucleic acids encoding one or more enzymes are selected from nucleic acids of SEQ ID NO. 1 to SEQ ID NO. 6 or functionally equivalent variants thereof.

Em uma modalidade, o micro-organismo recombinante é adap- tado para expressar um ou mais dos genes os quais codificam as enzimas tiolase (nomenclatura de enzima no IUBMB EC: 2.3.1.9) (thIA), de- hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA (EC: 1.1.1.157) (hbd), crotona- se/hidratase de crotonil-CoA (EC: 1.1.1.157) (crt ou cch) e/ou de- hidrogenase de butiril-CoA (EC4.2.1.55) (bed). Em uma modalidade, o micro- organismo é adaptado para expressar todas estas enzimas. Em outra moda- lidade, os genes que correspondem a uma ou mais das sequências de ácido nucleico selecionadas de SEQ ID NOs. 1 a 4 ou variantes funcionalmente equivalentes das mesmas. O micro-organismo recombinante da invenção também pode conter duas proteínas de transferência de elétrons. Em uma modalidade, as proteínas de transferência de elétrons são flavoproteínas de transferência de elétrons (EC1.3.99.2) (etfAB) codificadas por SEQ ID NOs. 5 e 6 ou variantes funcionalmente equivalentes das mesmas. O uso destas flavoproteínas de transferência de elétrons aumenta a eficiência do micro- organismo em produzir 1-butanol. As flavoproteínas proporcionam um com- plexo estável que é necessário para atividade de Bed.In one embodiment, the recombinant microorganism is adapted to express one or more of the genes which encode the enzymes thiolase (IUBMB enzyme nomenclature EC: 2.3.1.9) (thIA), 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase (EC: 1.1.1.157) (hbd), crotonase/crotonyl-CoA hydratase (EC: 1.1.1.157) (crt or cch) and/or butyryl-CoA dehydrogenase (EC4.2.1.55) (bed). In one embodiment, the microorganism is adapted to express all of these enzymes. In another embodiment, the genes which correspond to one or more of the nucleic acid sequences selected from SEQ ID NOs. 1 to 4 or functionally equivalent variants thereof. The recombinant microorganism of the invention may also contain two electron transfer proteins. In one embodiment, the electron transfer proteins are electron transfer flavoproteins (EC1.3.99.2) (etfAB) encoded by SEQ ID NOs. 5 and 6 or functionally equivalent variants thereof. The use of these electron transfer flavoproteins increases the efficiency of the microorganism in producing 1-butanol. The flavoproteins provide a stable complex that is necessary for Bed activity.

Em uma modalidade particular, o micro-organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos exógenos que codificam cada uma de tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase, de-hidrogenase de butiril- CoA, Flavoproteína de Transferência de Elétrons A e Flavoproteína de Transferência de Elétrons B.In a particular embodiment, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding each of thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, Crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, Electron Transfer Flavoprotein A, and Electron Transfer Flavoprotein B.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende um plas- mídeo que codifica uma ou mais ou, de preferência, cada uma de tiolase, de- hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase, de-hidrogenase de butiril- CoA, Flavoproteína de Transferência de Elétrons A e Flavoproteína de Transferência de Elétrons B.In one embodiment, the microorganism comprises a plasmid encoding one or more, or preferably each, of thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, Crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, Electron Transfer Flavoprotein A, and Electron Transfer Flavoprotein B.

Em uma modalidade ou alternativamente, o micro-organismo compreende ainda ácidos nucleicos exógenos adaptados para expressar uma ou mais das enzimas escolhidas do grupo que consiste em: fosfotrans- butirilase; quinase de butirato; óxido-redutase de aldeído dependente de fer- redoxina (ou, em outras palavras, óxido-redutase de aldeídoíerredoxina); de-hidrogenase de butiraldeído; de-hidrogenase de butanol; uma de- hidrogenase de butiraldeído/de-hidrogenase de butanol bifuncional.In one embodiment or alternatively, the microorganism further comprises exogenous nucleic acids adapted to express one or more of the enzymes selected from the group consisting of: phosphotrans-butyrylase; butyrate kinase; ferric-redoxin-dependent aldehyde oxidoreductase (or in other words, aldehyde-reredoxin oxidoreductase); butyraldehyde dehydrogenase; butanol dehydrogenase; a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende ácidos nu- cleicos exógenos adaptados para expressar uma ou mais de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e uma de-hidrogenase de buti- raldeído /de-hidrogenase de butanol bifuncional. De preferência, o micro- organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos exógenos que codifi- cam uma ou mais de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e uma de-hidrogenase de butiraldeído /de-hidrogenase de butanol bifuncional.In one embodiment, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express one or more of butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, and a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase. Preferably, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more of butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, and a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende ácidos nu- cleicos exógenos adaptados para expressar uma ou mais de fosfotransbutiri- lase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredo- xina e de-hidrogenase de butanol. De preferência, o micro-organismo com- preende um ou mais ácidos nucleicos exógenos que codificam uma ou mais de fosfotransbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído de- pendente de ferredoxina e de-hidrogenase de butanol. Em modalidades par- ticulares, o micro-organismo compreende ácidos nucleicos exógenos adap- tados para expressar cada uma de fosfotransbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina e de-hidrogenase de butanol.In one embodiment, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express one or more of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase. Preferably, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase. In particular embodiments, the microorganism comprises exogenous nucleic acids adapted to express each of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende um ou mais ácidos nucleicos adequados para expressar pelo menos duas das en- zimas na via de biossíntese de 1-butanol, pelo menos 3, pelo menos 4, pelo menos 5, pelo menos 6, pelo menos 7, em menos 8, pelo menos 9, pelo me- nos 10, pelo menos 11 ou pelo menos 12 das enzimas.In one embodiment, the microorganism comprises one or more nucleic acids suitable for expressing at least two of the enzymes in the 1-butanol biosynthesis pathway, at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9, at least 10, at least 11, or at least 12 of the enzymes.

Em uma modalidade, o micro-organismo compreende ainda um promotor de quinase de acetato/fosfotransacetilase, embora possam ser u- sados outros promotores. De preferência, o promotor corresponde à SEQ ID NO. 7 ou uma variante funcionalmente equivalente à mesma. De preferên- cia, o promotor está contido em um construto que codifica uma ou mais das enzimas aqui antes mencionadas.In one embodiment, the microorganism further comprises an acetate kinase/phosphotransacetylase promoter, although other promoters may be used. Preferably, the promoter corresponds to SEQ ID NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof. Preferably, the promoter is contained in a construct encoding one or more of the enzymes mentioned hereinbefore.

De preferência, o micro-organismo parental é selecionado do grupo de bactérias acetogênicas carboxitróficas. Em determinadas modali- dades, o micro-organismo é selecionado do grupo que compreende Clostri- dium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clos- tridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Butyri- bacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woo- dii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Moorella thermautotrophica, Oxobacter pfennigii e Thermoa- naerobacter kiuvi.Preferably, the parent microorganism is selected from the group of carboxytrophic acetogenic bacteria. In certain embodiments, the microorganism is selected from the group comprising Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Butyribacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Moorella thermautotrophica, Oxobacter pfennigii, and Thermoanaerobacter kiuvi.

Em uma modalidade particular, o micro-organismo parental é se- lecionado dentre o grupo de Clostridia etanologênicos, acetogênicos com- preendendo a espécie C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii e C. ragsdalei e isolados relacionados. Estes incluem, porém sem limitações, cepas de C. autoethanogenum JAI-1T (DSM10061) [Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clos- tridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351], C. autoe- thanogenum LBS1560 (DSM19630) [Simpson SD, Forster RL, Tran PT, Ro- we MJ, Warner IL: Novel bacteria and methods thereof. Patente International 2009, WO/2009/064200], C. autoethanogenum LBS1561 (DSM23693), C. Ijungdahlii PETCT (DSM13528 = ATCC 55383) [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium Ijungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236], C. Ijungdahlii ERI- 2 (ATCC 55380) [Gaddy JL: Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases. Patente US 1997, 5.593.886], C. Ijungdahlii C-01 (ATCC 55988) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparati- on of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. Patente US, 2002, 6.368.819], C. Ijungdahlii 0-52 (ATCC 55989) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. Patente US, 2002, 6.368.819], C. ragsdalei P11T (ATCC BAA-622) [Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. Patente International 2008, WO 2008/028055], isolados relaciona- dos, tais como "C. coskatii" [Zahn JA, Saxena J, Do Y, Patel M, Fishein S, Datta R, Tobey R: Clostridium coskatii, sp. nov., an Anaerobic Bacterium that Produces Ethanol from Synthesis Gas. Poster SIM Annual Meeting and E- xhibition, San Francisco, 2010] ou cepas com mutação, tais como C. Ijung- dahlii OTA-1 (Tirado-Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridium Ijungdahlii. Tese de PhD, North Carolina State Uni- versity, 2010). Estas cepas formam um subgrupo dentro do agrupamento I de rRNA Clostridial e seu gene de rRNA 16s é mais de 99% idêntico, com um baixo teor similar de GC de cerca de 30%. No entanto, re-associação DNA-DNA e experimentos de caracterização de perfil de DNA mostraram que estas cepas pertencem à espécies distintas [Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. Pa- tente International 2008, WO 2008/028055],In a particular embodiment, the parent microorganism is selected from the group of ethanologenic, acetogenic Clostridia comprising the species C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii, and C. ragsdalei and related isolates. These include, but are not limited to, strains of C. autoethanogenum JAI-1T (DSM10061) [Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351], C. autoethanogenum LBS1560 (DSM19630) [Simpson SD, Forster RL, Tran PT, Rowe MJ, Warner IL: Novel bacteria and methods thereof. International Patent 2009, WO/2009/064200], C. autoethanogenum LBS1561 (DSM23693), C. Ijungdahlii PETCT (DSM13528 = ATCC 55383) [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium Ijungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236], C. Ijungdahlii ERI- 2 (ATCC 55380) [Gaddy JL: Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases. US Patent 1997, 5,593,886], C. Ijungdahlii C-01 (ATCC 55988) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. US Patent, 2002, 6,368,819], C. Ijungdahlii 0-52 (ATCC 55989) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. US Patent, 2002, 6,368,819], C. ragsdalei P11T (ATCC BAA-622) [Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International Patent 2008, WO 2008/028055], related isolates such as "C. coskatii" [Zahn JA, Saxena J, Do Y, Patel M, Fishein S, Datta R, Tobey R: Clostridium coskatii, sp. nov., an Anaerobic Bacterium that Produces Ethanol from Synthesis Gas. Poster SIM Annual Meeting and Exhibition, San Francisco, 2010] or mutated strains such as C. Ijungdahlii OTA-1 (Tirado-Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridium Ijungdahlii. PhD thesis, North Carolina State University, 2010). These strains form a subgroup within the Clostridial rRNA cluster I and their 16s rRNA gene is more than 99% identical, with a similar low GC content of about 30%. However, DNA-DNA reassociation and DNA profiling experiments have shown that these strains belong to distinct species [Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International Patent 2008, WO 2008/028055],

Todas as espécies deste agrupamento têm uma morfologia e tamanho (células em crescimento logarítmico entre 0,5-0,7 x 3-5 μm) simila- res, são mesofílicas (temperatura de crescimento ótima entre 30-37 °C) e estritamente anaeróbicas [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium Ijung- dahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostri- dium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces e- thanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. Patente International 2008, WO 2008/028055], Além disso, todas elas compartilham os mesmos principais traços filogenéticos, tais como mesma faixa de pH (pH de 4-7,5, com um pH inicial ótimo de 5,5-6), forte crescimento autotrófico sobre gases contendo CO com taxas de crescimento similares e um perfil metabólico similar, com etanol e ácido acético como principais produtos finais de fermentação e pequenas quantidades de ácido 2,3-butanodiol e ácido láctico formadas sob determinadas condições [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium Ijungdahlii sp. nov., an Acetogenic Speci- es in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232- 236; Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. Patente International 2008, WO 2008/028055]. Foi observada produção de indola com todas as três espé- cies. No entanto, as espécies diferenciam quanto à utilização de substrato de vários açúcares (por exemplo, ramnose, arabinose), ácidos (por exemplo, gluconato, citrato), aminoácidos (por exemplo, arginina, histidina) ou outros substratos (por exemplo, betaína, butanol). Além disso, descobriu-se que algumas das espécies são auxotróficas para determinadas vitaminas (por exemplo, tiamina, biotina), enquanto que outras não.All species in this group have similar morphology and size (logarithmically growing cells between 0.5-0.7 x 3-5 μm), are mesophilic (optimal growth temperature between 30-37 °C) and strictly anaerobic [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium Ijung- dahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International Patent 2008, WO 2008/028055], Furthermore, they all share the same main phylogenetic traits, such as the same pH range (pH 4-7.5, with an initial pH optimum of 5.5-6), strong autotrophic growth on CO2-containing gases with similar growth rates and a similar metabolic profile, with ethanol and acetic acid as the main fermentation end products and small amounts of 2,3-butanediol and lactic acid formed under certain conditions [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium Ijungdahlii sp. nov., an Acetogenic Speci- es in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232- 236; Abrini J, Naveau H, Nyns E-J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International Patent 2008, WO 2008/028055]. Indole production was observed with all three species. However, the species differ in substrate utilization of various sugars (e.g. rhamnose, arabinose), acids (e.g. gluconate, citrate), amino acids (e.g. arginine, histidine) or other substrates (e.g. betaine, butanol). Furthermore, some of the species were found to be auxotrophic for certain vitamins (e.g. thiamine, biotin), whereas others were not.

Em uma modalidade, o micro-organismo produz fosfotransbutiri- lase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredo- xina e de-hidrogenase de butanol, tanto antes quanto após introdução de um ácido nucleico exógeno.In one embodiment, the microorganism produces phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, and butanol dehydrogenase, both before and after introduction of an exogenous nucleic acid.

Em uma modalidade, o micro-organismo produz de-hidrogenase de butiraldeído e/ou de-hidrogenase de butanol, tanto antes quanto após introdução de um ácido nucleico exógeno.In one embodiment, the microorganism produces butyraldehyde dehydrogenase and/or butanol dehydrogenase, both before and after introduction of an exogenous nucleic acid.

Em uma modalidade particular, o micro-organismo é Clostridium autoethanogenum DSM23693.In a particular embodiment, the microorganism is Clostridium autoethanogenum DSM23693.

Em uma modalidade, o micro-organismo recombinante da inven- ção tem as características que definem o micro-organismo depositado na DSMZ (Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Alemanha) sob o número de acesso DSM24138.In one embodiment, the recombinant microorganism of the invention has the characteristics that define the microorganism deposited in the DSMZ (Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany) under accession number DSM24138.

Os um ou mais ácidos nucleicos exógenos podem ser distribuí- dos a um micro-organismo parental como ácidos nucleicos livres ou podem ser formulados com um ou mais agentes para facilitar o processo de trans- formação (por exemplo, ácido nucleico conjugado a lipossoma, um organis- mo no qual o ácido nucleico está contido). Os um ou mais ácidos nucleicos podem ser DNA, RNA ou combinações dos mesmos, conforme apropriado.The one or more exogenous nucleic acids may be delivered to a parent microorganism as free nucleic acids or may be formulated with one or more agents to facilitate the transformation process (e.g., nucleic acid conjugated to a liposome, an organism in which the nucleic acid is contained). The one or more nucleic acids may be DNA, RNA, or combinations thereof, as appropriate.

Os micro-organismos da invenção podem ser preparados a partir de um micro-organismo parental e um ou mais ácidos nucleicos exógenos, usando qualquer número de métodos conhecidos na técnica para a produ- ção de micro-organismos recombinantes. A título apenas de exemplo, trans- formação (incluindo transdução ou transfecção) pode ser obtida por meio de eletroporação, conjugação ou competência química e natural. Técnicas de transformação adequadas são descritas, por exemplo, em Sambrook et al., 1989.The microorganisms of the invention may be prepared from a parent microorganism and one or more exogenous nucleic acids using any number of methods known in the art for producing recombinant microorganisms. By way of example only, transformation (including transduction or transfection) may be achieved by electroporation, conjugation, or chemical and natural competence. Suitable transformation techniques are described, for example, in Sambrook et al., 1989.

Em determinadas modalidades, em virtude dos sistemas de res- trição os quais são ativos no micro-organismo a ser transformado, é neces- sário metilar o ácido nucleico a ser introduzido no micro-organismo. Isto po- de ser feito usando uma variedade de técnicas, incluindo aquelas descritas abaixo e adicionalmente exemplificadas na seção Exemplos aqui depois.In certain embodiments, because of the restriction systems which are active in the microorganism to be transformed, it is necessary to methylate the nucleic acid to be introduced into the microorganism. This can be done using a variety of techniques, including those described below and further exemplified in the Examples section hereinafter.

Em um outro aspecto, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo as etapas a seguir: a. introdução, em um micro-organismo de transporte, de (i) um construto de expressão e (ii) um construto de metilação compreendendo um gene de metiltransferase; b. expressão do gene de metiltransferase; c. isolamento de um ou mais construtos do micro-organismo de transporte; e d. introdução de um ou mais construtos em um micro-organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no organismo de destino.In another aspect, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising the following steps: a. introducing into a transport microorganism (i) an expression construct and (ii) a methylation construct comprising a methyltransferase gene; b. expressing the methyltransferase gene; c. isolating one or more constructs from the transport microorganism; and d. introducing one or more constructs into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target organism.

Em uma modalidade, o gene de metiltransferase da etapa b é expresso constitutivamente. Em outra modalidade, expressão do gene de metiltransferase da etapa b é induzida.In one embodiment, the step b methyltransferase gene is constitutively expressed. In another embodiment, expression of the step b methyltransferase gene is induced.

O micro-organismo é um micro-organismo de transporte, de pre- ferência um micro-organismo restrição-negativo que facilita a metilação das sequências de ácidos nucleicos que compõem o construto de expressão. Em uma modalidade particular, o micro-organismo de transporte é um E. coli, Bacillus subtillis ou Lactococcus lactis restrição-negativo.The microorganism is a transport microorganism, preferably a restriction-negative microorganism that facilitates methylation of the nucleic acid sequences that comprise the expression construct. In a particular embodiment, the transport microorganism is a restriction-negative E. coli, Bacillus subtillis or Lactococcus lactis.

Uma vez que o construto de expressão e o construto de metila- ção são introduzidos no micro-organismo de transporte, o gene de metil- transferase presente no construto de metilação é expresso. Em uma modali- dade, onde expressão deve ser induzida, indução pode ser através de qual- quer sistema promotor adequado embora, em uma modalidade particular da invenção, o construto de metilação compreenda um promotor lac induzível (de preferência codificado por SEQ ID NO. 28) e é induzido mediante a adi- ção de lactose ou um análogo do mesmo, mais preferivelmente isopropil-β- tio-D-galactosídeo (IPTG). Outros promotores adequados incluem ara, tetou o sistema T7. Em uma modalidade alternativa da invenção, o promotor do construto de metilação é um promotor constitutivo.Once the expression construct and the methylation construct are introduced into the transport microorganism, the methyltransferase gene present in the methylation construct is expressed. In one embodiment, where expression is to be induced, induction may be through any suitable promoter system although, in a particular embodiment of the invention, the methylation construct comprises an inducible lac promoter (preferably encoded by SEQ ID NO. 28) and is induced upon the addition of lactose or an analogue thereof, most preferably isopropyl-β-thio-D-galactoside (IPTG). Other suitable promoters include ara, teta or the T7 system. In an alternative embodiment of the invention, the promoter of the methylation construct is a constitutive promoter.

Em uma modalidade, o promotor do construto de expressão é um promotor constitutivo que é, de preferência, altamente ativo sob condi- ções de fermentação adequadas. No entanto, um promotor de indução pode ser usado. Em modalidades preferidas, o promotor do construto de expres- são é selecionado do grupo que compreende promotor do óperon de buti- ril/acetil transferase de fosfato, óxido-redutase de piruvato:ferredoxina (SEQ ID NO. 48), o agrupamento gênico de Wood-Ljungdahl (SEQ ID NO. 47), óperon Rnf (SEQ ID NO. 49 ) ou o óperon de sintase ATP ((SEQ ID NO. 50). De preferência, o promotor do óperon de fosfotransacetylase/quinase de a- cetato corresponde à SEQ ID NO. NO. 7 ou uma variante funcionalmente equivalente da mesma. A Figura 8 mostra que expressão de genes operati- vamente ligados a estes promotores têm um alto nível de expressão em Clostridium autoethanogenum sob condições padrões.In one embodiment, the promoter of the expression construct is a constitutive promoter that is preferably highly active under suitable fermentation conditions. However, an inducible promoter may be used. In preferred embodiments, the promoter of the expression construct is selected from the group comprising the promoter of the phosphate butyryl/acetyl transferase operon, pyruvate:ferredoxin oxidoreductase (SEQ ID NO. 48), the Wood-Ljungdahl gene cluster (SEQ ID NO. 47), the Rnf operon (SEQ ID NO. 49) or the ATP synthase operon (SEQ ID NO. 50). Preferably, the promoter of the phosphotransacetylase/acetate kinase operon corresponds to SEQ ID NO. NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof. Figure 8 shows that expression of genes operatively linked to these promoters have a high level of expression in Clostridium autoethanogenum under standard conditions.

Em uma modalidade particular, o construto de metilação tem uma origem de replicação específica para a identidade do micro-organismo de transporte, de modo que quaisquer genes presentes no construto de me- tilação sejam expressos no micro-organismo de transporte. De preferência, o construto de expressão tem uma origem de replicação específica para a i- dentidade do micro-organismo de destino, de modo que quaisquer genes presentes no construto de expressão sejamexpressos no micro-organismo de destino.In a particular embodiment, the methylation construct has an origin of replication specific to the identity of the transport microorganism, such that any genes present in the methylation construct are expressed in the transport microorganism. Preferably, the expression construct has an origin of replication specific to the identity of the target microorganism, such that any genes present in the expression construct are expressed in the target microorganism.

Expressão da enzima metiltransferase resulta em metilação dos genes presentes no construto de expressão. O construto de expressão pode, então, ser isolado do micro-organismo de transporte de acordo com qualquer um de uma série de métodos conhecidos. A título apenas de exemplo, a me- todologia descrita na seção Exemplos a seguir pode ser usada para isolar o construto de expressão.Expression of the methyltransferase enzyme results in methylation of the genes present in the expression construct. The expression construct can then be isolated from the transport microorganism according to any of a number of known methods. By way of example only, the methodology described in the Examples section below can be used to isolate the expression construct.

Em uma modalidade particular, ambos os construtos são simul- taneamente isolados. O construto de expressão pode ser introduzido no mi- cro-organismo de destino usando qualquer série de métodos conhecidos. No entanto, a título de exemplo, a metodologia descrita na seção Exemplos a seguir pode ser usada. Uma vez que o construto de expressão é metilado, as sequências de ácidos nucleicos presentes no construto de expressão po- dem ser incorporadas no micro-organismo de destino e expressas com su- cesso.In a particular embodiment, both constructs are simultaneously isolated. The expression construct may be introduced into the target microorganism using any number of known methods. However, by way of example, the methodology described in the Examples section below may be used. Once the expression construct is methylated, the nucleic acid sequences present in the expression construct may be incorporated into the target microorganism and successfully expressed.

Em outra modalidade, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo: a. metilação de um construto de expressão in vitro por uma me- tiltransferase, de preferência de acordo com SEQ ID NO. 28 ou uma variante funcionalmente equivalente da mesma; e b. introdução de um construto de expressão, de preferência de acordo com o quinto aspecto, em um micro-organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no micro-organismo de desti- no.In another embodiment, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising: a. methylating an expression construct in vitro by a methyltransferase, preferably according to SEQ ID NO. 28 or a functionally equivalent variant thereof; and b. introducing an expression construct, preferably according to the fifth aspect, into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target microorganism.

Considera-se que um gene de metiltransferase da invenção, de preferência de acordo com SEQ ID NO. 27 ou uma variante funcionalmente equivalente da mesma, pode ser introduzido em um micro-organismo de transporte e superexpresso. A enzima metiltransferase resultante pode ser coletada usando métodos conhecidos e usada in vitro para metilar um cons- truto de expressão, de preferência, o construto de expressão é conforme definido no quinto aspecto. O construto de expressão pode, então, ser intro- duzido no micro-organismo de destino para expressão. De preferência, o micro-organismo recombinante produz 1-butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermentação.It is contemplated that a methyltransferase gene of the invention, preferably according to SEQ ID NO. 27 or a functionally equivalent variant thereof, can be introduced into a carrier microorganism and overexpressed. The resulting methyltransferase enzyme can be harvested using known methods and used in vitro to methylate an expression construct, preferably the expression construct is as defined in the fifth aspect. The expression construct can then be introduced into the target microorganism for expression. Preferably, the recombinant microorganism produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the major fermentation product.

Em outra modalidade, a invenção proporciona um método de produção de um micro-organismo recombinante compreendendo: a. introdução, no genoma de um micro-organismo de transporte, de um gene de metiltransferase, de preferência de acordo com SEQ ID NO. 27 ou uma variante funcionalmente equivalente da mesma; b. introdução de um construto de expressão no micro-organismo de transporte; c. isolamento de um ou mais construtos do micro-organismo de transporte; e d. introdução de pelo menos um construto de expressão em um micro-organismo de destino; em que o construto de expressão compreende um ou mais ge- nes que codificam enzimas a serem expressas no micro-organismo de desti- no.In another embodiment, the invention provides a method of producing a recombinant microorganism comprising: a. introducing into the genome of a transport microorganism a methyltransferase gene, preferably according to SEQ ID NO. 27 or a functionally equivalent variant thereof; b. introducing an expression construct into the transport microorganism; c. isolating one or more constructs from the transport microorganism; and d. introducing at least one expression construct into a target microorganism; wherein the expression construct comprises one or more genes encoding enzymes to be expressed in the target microorganism.

São usados métodos padrões para introdução de um gene de metiltransferase, de preferência de acordo com SEQ ID NO. 27, no genoma do micro-organismo de transporte. A metiltransferase pode ser constitutiva- mente expressa pelo micro-organismo e resultar na produção de uma enzi- ma metiltransferase, de preferência de acordo com SEQ ID NO. 28 ou uma variante funcionalmente equivalente da mesma. Um construto de expressão é metilado, isolado e introduzido no micro-organismo de destino o qual, de preferência, produz 1-butanol e/ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermentação.Standard methods are used for introducing a methyltransferase gene, preferably according to SEQ ID NO. 27, into the genome of the transport microorganism. The methyltransferase may be constitutively expressed by the microorganism and result in the production of a methyltransferase enzyme, preferably according to SEQ ID NO. 28 or a functionally equivalent variant thereof. An expression construct is methylated, isolated and introduced into the target microorganism which preferably produces 1-butanol and/or a precursor thereof as the major fermentation product.

A invenção também inclui micro-organismos compreendendo um gene de metiltransferase recombinante ou construto de metilação, conforme descrito aqui.The invention also includes microorganisms comprising a recombinant methyltransferase gene or methylation construct as described herein.

A presente invenção também proporciona um gene de metil- transferase híbrido (SEQ ID NO. 28) desenvolvido após análise de sequên- cias de ácidos nucleicos de metiltransferase e sistemas de barreira de restri- ção de C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii e C. ragsdalei.The present invention also provides a hybrid methyltransferase gene (SEQ ID NO. 28) developed after analysis of nucleic acid sequences of methyltransferase and restriction barrier systems of C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii and C. ragsdalei.

O gene de metiltransferase é expresso em um micro-organismo de transporte, o qual resulta na produção de uma enzima metiltransferase que metila a sequência do construto de expressão. O gene de metiltransfe- rase pode estar presente em um construto ou integrado no genoma do mi- cro-organismo de transporte. O gene de metiltransferase híbrido tem o có- don otimizado para E. coli e pode ser incorporado em um construto de meti- lação (Figura 5). O gene de metiltransferase pode ter o códon otimizado para uso em outra espécie de micro-organismo se for o caso, por exemplo, Bacil- lus subtilis. Métodos para otimização de códons são padrões e serão conhe- cidos por aqueles versados na técnica (Carbone et al., 2003). Também in- corporados dentro do âmbito da invenção são genes de metiltransferase que têm pelo menos 70%, de preferência 75%, de preferência 80%, de preferên- cia 85%, de preferência 90%, de preferência 95% ou mais de identidade de sequência de ácido nucleico à SEQ ID NO. 28 e expressam um polipeptídeo que é capaz de metilar DNA.The methyltransferase gene is expressed in a transport microorganism, which results in the production of a methyltransferase enzyme that methylates the sequence of the expression construct. The methyltransferase gene may be present in a construct or integrated into the genome of the transport microorganism. The hybrid methyltransferase gene is codon optimized for E. coli and may be incorporated into a methylation construct (Figure 5). The methyltransferase gene may be codon optimized for use in another species of microorganism if appropriate, e.g., Bacillus subtilis. Methods for codon optimization are standard and will be known to those of skill in the art (Carbone et al., 2003). Also incorporated within the scope of the invention are methyltransferase genes that have at least 70%, preferably 75%, preferably 80%, preferably 85%, preferably 90%, preferably 95% or more nucleic acid sequence identity to SEQ ID NO. 28 and express a polypeptide that is capable of methylating DNA.

Será apreciado por aqueles versados na técnica que o método de metilação do gene de metiltransferase terá utilidade em uma variedade de micro-organismos. Em uma modalidade, o micro-organismo de destino é selecionado do grupo que compreende Clostridium autoethanogenum, Clos- tridium Ijungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clos- tridium drakei, Clostridium scatologenes, Butyribacterium limosum, Butyri- bacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Moorella thermautotrophica, Oxobacter pfennigii e Thermoanaerobacter kiuvi. Em uma modalidade particular, o micro-organismo de destino é selecionado do grupo que consiste Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii e Clostri- dium ragsdalei. Em uma modalidade particular, o micro-organismo de desti- no é Clostridium autoethanogenum DSM23693.It will be appreciated by those skilled in the art that the method of methylating the methyltransferase gene will have utility in a variety of microorganisms. In one embodiment, the target microorganism is selected from the group consisting of Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Butyribacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Moorella thermautotrophica, Oxobacter pfennigii, and Thermoanaerobacter kiuvi. In a particular embodiment, the target microorganism is selected from the group consisting of Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, and Clostridium ragsdalei. In a particular embodiment, the target microorganism is Clostridium autoethanogenum DSM23693.

A invenção também fornece vários ácidos nucleicos ou constru- tos de ácido nucleico, conforme descrito nos aspectos 4, 5, 14, 15, 16, 18, 19 e 21 da invenção descritos aqui antes.The invention also provides various nucleic acids or nucleic acid constructs as described in aspects 4, 5, 14, 15, 16, 18, 19 and 21 of the invention described hereinbefore.

Em outra modalidade da invenção, há um construto de expres- são que compreende um ou mais ácidos nucleicos que codificam uma ou mais enzimas escolhidas de tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase, de-hidrogenase de butiril-CoA e uma proteína de transferência de elétrons ou uma variante funcionalmente equivalente das mesmas. De preferência, a proteína de transferência de elétrons é Flavoproteína A de Transferência de Elétrons ou Flavoproteína B de Transferência de Elétrons. Em uma modalidade particular, tanto Flavoproteína A de Transferência de Elétrons quanto Flavoproteína B de Transferência de Elétrons estão incluí- das no construto de expressão.In another embodiment of the invention, there is an expression construct comprising one or more nucleic acids encoding one or more enzymes chosen from thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, Crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, and an electron transfer protein or a functionally equivalent variant thereof. Preferably, the electron transfer protein is Electron Transfer Flavoprotein A or Electron Transfer Flavoprotein B. In a particular embodiment, both Electron Transfer Flavoprotein A and Electron Transfer Flavoprotein B are included in the expression construct.

Informação de sequência exemplificativa para cada gene e en- zima equivalente é fornecida no GenBank, conforme detalhado na Tabela 1 aqui depois. Aqueles versados na técnica apreciarão prontamente genes e enzimas alternativos os quais podem ser usados. Em uma modalidade, as enzimas são codificadas pelo ácido nucleico SEQ ID NO. 1 a 6, o qual pode estar presente em qualquer ordem no construto ou na ordem mostrada na Figura 2. SEQ ID NO. 8 a 13 e NOS SEQ ID 16 a 23 são novas sequências usadas para clonar e sequenciar os genes mencionados no parágrafo imedi- atamente anterior.Exemplary sequence information for each gene and equivalent enzyme is provided in GenBank, as detailed in Table 1 hereinafter. Those skilled in the art will readily appreciate alternative genes and enzymes which may be used. In one embodiment, the enzymes are encoded by nucleic acid SEQ ID NO. 1 to 6, which may be present in any order in the construct or in the order shown in Figure 2. SEQ ID NO. 8 to 13 and SEQ ID NO. 16 to 23 are novel sequences used to clone and sequence the genes mentioned in the immediately preceding paragraph.

A fim de obter 1-butanol a partir de um precursor, atividade de uma ou mais de de-hidrogenase de butiraldeído (EC 1.2.1.10), desidrogena- se de álcool (EC 1.1.1.1), fosfotransbutirilase (EC 2.3.1.19), quinase de buti- rato (EC 2.7.2.7), óxido-redutase de aldeídoíerredoxina (EC1.2.7.5) e desi- drogenase álcool (EC 1.1.1.1): 2,7 podem ser requeridas. A desidrogenase de álcool da invenção é uma de-hidrogenase de butanol. Em determinadas modalidades, de-hidrogenase de butiraldeído (EC 1.2.1.10) e desidrogenase de álcool (EC 1.1.1.1) ou fosfotransbutirilase (EC 2.3.1.19), quinase de buti- rato (EC 2.7.2.7), óxido-redutase de aldeído.ferredoxina (EC 1.2.7. 5) e desi- drogenase de álcool (EC 1.1.1.1) ou uma combinação de ambos os conjun- tos de enzimas é requerida. Em uma modalidade, a atividade de desidroge- nase de butiraldeído e de-hidrogenase de butanol é conferida por uma de- hidrogenase de butiraldeído /de-hidrogenase de butanol bifuncional. Estas diversas enzimas são mostradas na via de biossíntese de butanol ilustrada na Figura 1. Em alguns micro-organismos, de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol, fosfotransbutirilase, quinase de butirato e/ou óxi- do-redutase de aldeído: ferredoxina são naturalmente expressas pelo micro- organismo e, portanto, catalisam a conversão de butiril-CoA em 1-butanol.In order to obtain 1-butanol from a precursor, activity of one or more of butyraldehyde dehydrogenase (EC 1.2.1.10), alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1), phosphotransbutyrylase (EC 2.3.1.19), butyrate kinase (EC 2.7.2.7), aldehyde-reductoxin oxidoreductase (EC1.2.7.5) and alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1):2,7 may be required. The alcohol dehydrogenase of the invention is a butanol dehydrogenase. In certain embodiments, butyraldehyde dehydrogenase (EC 1.2.1.10) and alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1) or phosphotransbutyrylase (EC 2.3.1.19), butyrate kinase (EC 2.7.2.7), aldehyde ferredoxin oxidoreductase (EC 1.2.7.5) and alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1) or a combination of both sets of enzymes is required. In one embodiment, the butyraldehyde dehydrogenase and butanol dehydrogenase activity is conferred by a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase. These various enzymes are shown in the butanol biosynthesis pathway illustrated in Figure 1. In some microorganisms, butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, and/or aldehyde:ferredoxin oxidoreductase are naturally expressed by the microorganism and therefore catalyze the conversion of butyryl-CoA to 1-butanol.

Consequentemente, em uma modalidade, o construto de ex- pressão compreende ácidos nucleicos que codificam uma ou mais de fosfo- transbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina, de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol e uma de-hidrogenase de butiraldeído /de-hidrogenase de butanol bifuncional, além de ou alternativamente a uma ou mais de tiolase, de-hidrogenase de 3- hidroxibutiril-CoA, Crotonase, de-hidrogenase de butiril-CoA e uma proteína de transferência de elétrons.Accordingly, in one embodiment, the expression construct comprises nucleic acids encoding one or more of phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase, butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, and a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase, in addition to or alternatively to one or more of thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, and an electron transfer protein.

Exemplos de enzimas e aminoácidos apropriados e informação de sequência de ácido nucleico que incluem, porém sem limitações: de- hidrogenase de butiraldeído, tal como Aid de C. beijerinckii (ABR35947, Gl: 149905114), C. saccharobutylicum (CAQ57983, Gl: 189310620) ou Clostri- dium saccharoperbutylacetoniucm (AAP42563, Gl: 31075383); de- hidrogenase de butanol, tai como BdhB de C. acetobutylicum (NP_349891, Gl: 15896542); enzima bufuncional de-hidrogenase de butiraldeido/butanol, tai como AdhE1 de C. acetobutylicum (NP_149325, Gl: 15004865) ou AdhE2 de C. acetobutylicum (NP_149199, Gl: 15004739), C. beijerinckii (YP_001307449, Gl: 150015195); uma fosfotransbutirilase, tai como Ptb de C. acetobutylicum (NP_348368); quinase de butirato, tai como Buk de C. acetobutylicum (AAK81015.1); óxido-redutase de aldeído:ferredoxina AOR de C. acetobutylicum (NP_348637). Aqueles versados na técnica à qual a invenção se refere podem prontamente apreciar exemplos alternativos de enzimas adequadas para uso na invenção. Os inventores também identifica- ram uma série de novas enzimas e genes que podem ser usados na inven- ção, cujos detalhes são fornecidos aqui depois na seção Exemplos (em par- ticular, vide Tabelas 7 e 10). A invenção também abrange variantes funcio- nalmente equivalentes destas enzimas e genes e seu uso em métodos da invenção.Examples of suitable enzymes and amino acids and nucleic acid sequence information include, but are not limited to: butyraldehyde dehydrogenase, such as Aid from C. beijerinckii (ABR35947, Gl: 149905114), C. saccharobutylicum (CAQ57983, Gl: 189310620) or Clostridium saccharoperbutylacetoniucm (AAP42563, Gl: 31075383); butanol dehydrogenase, such as BdhB from C. acetobutylicum (NP_349891, Gl: 15896542); a butyraldehyde/butanol dehydrogenase enzyme, such as AdhE1 from C. acetobutylicum (NP_149325, Gl: 15004865) or AdhE2 from C. acetobutylicum (NP_149199, Gl: 15004739), C. beijerinckii (YP_001307449, Gl: 150015195); a phosphotransbutyrylase, such as Ptb from C. acetobutylicum (NP_348368); a butyrate kinase, such as Buk from C. acetobutylicum (AAK81015.1); aldehyde:ferredoxin oxidoreductase AOR from C. acetobutylicum (NP_348637). Those skilled in the art to which the invention relates can readily appreciate alternative examples of enzymes suitable for use in the invention. The inventors have also identified a number of novel enzymes and genes that can be used in the invention, details of which are provided hereinafter in the Examples section (in particular, see Tables 7 and 10). The invention also encompasses functionally equivalent variants of these enzymes and genes and their use in methods of the invention.

A inclusão de um ou mais deste genes pode ajudar a evitar a co- produção de butirato completamente, aumentando a eficiência de produção de 1-butanol. A invenção também proporciona micro-organismos recombi- nantes compreendendo um ou mais ácidos nucleicos adaptados para ex- pressar ou aumentar a expressão de uma ou mais destas enzimas.Inclusion of one or more of these genes may help to avoid butyrate co-production altogether, increasing the efficiency of 1-butanol production. The invention also provides recombinant microorganisms comprising one or more nucleic acids adapted to express or enhance the expression of one or more of these enzymes.

Em uma modalidade, o(s) ácido(s) nucleico(s) codifica(m) uma enzima escolhida do grupo de enzimas listadas nas Tabelas 7 a 10 aqui de- pois e equivalentes funcionais de qualquer um ou mais dos mesmos. Em uma modalidade particular, os ácidos nucleicos são escolhidos do grupo de ácidos nucleicos nas Tabelas 7 a 10 aqui depois e equivalentes funcionais de qualquer um ou mais dos mesmos.In one embodiment, the nucleic acid(s) encode(s) an enzyme chosen from the group of enzymes listed in Tables 7 through 10 hereinafter and functional equivalents of any one or more thereof. In a particular embodiment, the nucleic acids are chosen from the group of nucleic acids in Tables 7 through 10 hereinafter and functional equivalents of any one or more thereof.

Em uma modalidade, o construto de expressão codifica pelo menos duas enzimas na via de biossíntese de butanol, pelo menos 3, pelo menos 4, pelo menos 5, pelo menos 6, pelo menos 7, pelo menos 8, pelo menos 9, pelo menos 10, pelo menos 11 ou pelo menos 12 das enzimas.In one embodiment, the expression construct encodes at least two enzymes in the butanol biosynthesis pathway, at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9, at least 10, at least 11, or at least 12 of the enzymes.

De preferência, o construto de expressão compreende ainda um promotor adequado, conforme descrito aqui anteriormente. Em uma modali- dade, o promotor é um promotor de butiril/acetil transferase de fosfato. De preferência, o promotor corresponde à SEQ ID NO. 7 ou uma variante fun- cionalmente equivalente da mesma.Preferably, the expression construct further comprises a suitable promoter as described hereinbefore. In one embodiment, the promoter is a butyryl/acetyl phosphate transferase promoter. Preferably, the promoter corresponds to SEQ ID NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof.

Em uma modalidade preferida, o construto de expressão com- preende um ácido nucleico que codifica todas as referidas enzimas. Será apreciado por aqueles versados na técnica que o construto de expressão pode compreender ácidos nucleicos que codificam proteínas de transferên- cia de elétrons alternativas.In a preferred embodiment, the expression construct comprises a nucleic acid encoding all of said enzymes. It will be appreciated by those skilled in the art that the expression construct may comprise nucleic acids encoding alternative electron transfer proteins.

Os genes a serem expressos no micro-organismo recombinante podem ser montados no construto de expressão sob o controle de qualquer promotor adequado. Em uma modalidade particular, o promotor permite ex- pressão substancialmente constitutiva dos genes sob seu controle. Em uma modalidade particular, o promotor é um promotor de butiril/acetil transferase de fosfato (SEQ ID NO. 7). Outros promotores que podem encontrar uso na presente invenção incluem aqueles de C. autoethanogenum (ou C. Ijungda- hlii). Os inventores também identificaram uma série de outros promotores que estão operativamente ligados a genes que foram altamente expressos sob condições típicas de fermentação em Clostridium autoethanogenum (Fi- gura 8). Análise de expressão gênica sob mais de 200 condições de fermen- tação típicas usando PCR em tempo real identificou uma série de promoto- res apropriados. Estes incluem óxido-redutase de piruvatoíerredoxina (SEQ ID NO. 48), o agrupamento gênico de Wood-Ljungdahl (SEQ ID NO. 47), óperon Rnf (SEQ ID NO. 49) e óperon de sintase de ATP (SEQ ID NO. 50). Será apreciado por aqueles versados na técnica que outros promotores os quais podem dirigir a expressão, de preferência um alto nível de expressão sob condições apropriadas de fermentação, serão eficazes como alternati- vas às modalidades presentemente preferidas.The genes to be expressed in the recombinant microorganism may be assembled into the expression construct under the control of any suitable promoter. In a particular embodiment, the promoter allows substantially constitutive expression of the genes under its control. In a particular embodiment, the promoter is a butyryl/acetyl phosphate transferase promoter (SEQ ID NO. 7). Other promoters that may find use in the present invention include those from C. autoethanogenum (or C. Ijungdahlii). The inventors have also identified a number of other promoters that are operably linked to genes that were highly expressed under typical fermentation conditions in Clostridium autoethanogenum (Figure 8). Analysis of gene expression under over 200 typical fermentation conditions using real-time PCR identified a number of suitable promoters. These include pyruvate oxidoreductase (SEQ ID NO. 48), the Wood-Ljungdahl gene cluster (SEQ ID NO. 47), Rnf operon (SEQ ID NO. 49) and ATP synthase operon (SEQ ID NO. 50). It will be appreciated by those skilled in the art that other promoters which can direct expression, preferably a high level of expression under appropriate fermentation conditions, will be effective as alternatives to the presently preferred embodiments.

Em uma modalidade, a invenção compreende um construto, mi- cro-organismo recombinante ou uma sequência de ácido nucleico que com- preende ácido nucleico SEQ ID NOs. 1 a 6 na ordem mostrada na Figura 2. No entanto, será apreciado por aqueles versados na técnica que a invenção pode ainda ter a utilidade desejada quando as sequências de ácidos nuclei- cos são apresentadas em qualquer ordem e com uma ou mais das sequên- cias ausentes.In one embodiment, the invention comprises a construct, recombinant microorganism, or nucleic acid sequence comprising nucleic acid SEQ ID NOs. 1 to 6 in the order shown in Figure 2. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention may still have the desired utility when the nucleic acid sequences are presented in any order and with one or more of the sequences missing.

Em outra modalidade, a invenção compreende um ácido nuclei- co que compreende a sequência promotora representada por SEQ ID NO. 7 ou uma variante funcionalmente equivalente da mesma, o construto compre- endendo o referido promotor e micro-organismos recombinantes compreen- dendo as mesmas.In another embodiment, the invention comprises a nucleic acid comprising the promoter sequence represented by SEQ ID NO. 7 or a functionally equivalent variant thereof, the construct comprising said promoter and recombinant microorganisms comprising the same.

Será apreciado que um construto de expressão da presente in- venção pode conter qualquer número de elementos reguladores, além do promotor, bem como genes adicionais adequados para expressão de outras proteínas, se desejado. Em uma modalidade, o construto compreende um promotor. Em outra modalidade, o construto compreende dois ou mais pro- motores. Em uma modalidade particular, o construto inclui um promotor para com cada gene a ser expresso. Em uma modalidade, o construto compreen- de um ou mais sítios de ligação ribossômica, de preferência, um sítio de li- gação ribossômica para cada gene a ser expresso.It will be appreciated that an expression construct of the present invention may contain any number of regulatory elements in addition to the promoter, as well as additional genes suitable for expression of other proteins, if desired. In one embodiment, the construct comprises one promoter. In another embodiment, the construct comprises two or more promoters. In a particular embodiment, the construct includes one promoter for each gene to be expressed. In one embodiment, the construct comprises one or more ribosomal binding sites, preferably one ribosomal binding site for each gene to be expressed.

Será apreciado por aqueles versados na técnica que as sequên- cias de ácidos nucleicos e sequências de construto definidas aqui podem conter nucleotideos ligantes convencionais, tais como aqueles requeridos para sítios de ligação ribossômica e/ou sítios de restrição. Tais sequências ligantes não devem ser interpretadas como sendo necessárias e não consti- tuem uma limitação nas sequências definidas.It will be appreciated by those skilled in the art that the nucleic acid sequences and construct sequences defined herein may contain conventional linker nucleotides, such as those required for ribosomal binding sites and/or restriction sites. Such linker sequences are not to be construed as being required and do not constitute a limitation on the defined sequences.

Quando o construto de expressão da presente invenção é ex- presso em um micro-organismo acetogênico, o micro-organismo produz 1- butanol ou um precursor do mesmo como o principal produto de fermenta- ção. Considera-se que outros genes que codificam enzimas que catalisam diversas etapas das vias de biossíntese de butanol ou Wood-Ljungdahl tam- bém podem ser incorporados no construto de expressão de modo a produzir 1-butanol como principal produto de fermentação.When the expression construct of the present invention is expressed in an acetogenic microorganism, the microorganism produces 1-butanol or a precursor thereof as the major fermentation product. It is contemplated that other genes encoding enzymes that catalyze various steps of the butanol or Wood-Ljungdahl biosynthesis pathways may also be incorporated into the expression construct so as to produce 1-butanol as the major fermentation product.

Considera-se que o construto de expressão e o construto de me- tilação, conforme definido acima, podem ser combinados para proporcionar uma composição de matéria. Tal composição tem utilidade particular ao con- tornar mecanismos de barreira de restrição em uma ampla variedade de mi- cro-organismos mas, em uma modalidade preferida, o micro-organismo re- combinante produzido usando a composição produz 1-butanol ou um pre- cursor do mesmo como o principal produto de fermentação.It is contemplated that the expression construct and the methylation construct, as defined above, may be combined to provide a composition of matter. Such a composition has particular utility in circumventing restriction barrier mechanisms in a wide variety of microorganisms, but in a preferred embodiment, the recombinant microorganism produced using the composition produces 1-butanol or a precursor thereof as the major fermentation product.

Ácidos nucleicos e construtos de ácido nucleico, incluindo cons- trutos de expressão, da presente invenção podem ser construídos usando qualquer número de métodos padrões na técnica. Por exemplo, podem ser usadas técnicas de síntese química ou recombinantes. Tais técnicas são descritas, por exemplo, em Sambrook et al. (1989). Outras técnicas exempli- ficativas são descritas na seção Exemplos aqui depois. Essencialmente, os genes individuais e elementos reguladores serão operativamente ligados uns aos outros, de modo que os genes possam ser expressos para formar as proteínas desejadas. Vetores adequados para uso na presente invenção serão apreciados por aqueles versados na técnica. No entanto, a título de exemplo, os vetores a seguir podem ser adequados: vetores de transporte pMTL80000, plMP1 e pJIR750 e os plasmídeos exemplificados na seção Exemplos aqui depois.Nucleic acids and nucleic acid constructs, including expression constructs, of the present invention may be constructed using any number of standard methods in the art. For example, chemical synthesis or recombinant techniques may be used. Such techniques are described, for example, in Sambrook et al. (1989). Other exemplary techniques are described in the Examples section hereinafter. Essentially, the individual genes and regulatory elements will be operably linked to each other so that the genes can be expressed to form the desired proteins. Vectors suitable for use in the present invention will be appreciated by those skilled in the art. However, by way of example, the following vectors may be suitable: shuttle vectors pMTL80000, plMP1, and pJIR750, and the plasmids exemplified in the Examples section hereinafter.

Até o ponto em que a invenção proporciona novos ácidos nuclei- cos e vetores de ácidos nucleicos, ela também proporciona ácidos nucleicos os quais são capazes de hibridizar com pelo menos uma porção de um ácido nucleico descrito aqui, um ácido nucleico complementar a qualquer um dos mesmos ou uma variante funcionalmente equivalente de qualquer um dos mesmos. Tais ácidos nucleicos, de preferência, se hibridizarão com tais áci- dos nucleicos, um ácido nucleico complementar a qualquer um dos mesmos ou uma variante funcionalmente equivalente de qualquer um dos mesmos sob condições de hibridização estringentes. "Condições de hibridização es- tringentes" significa que o ácido nucleico é capaz de hibridizar a um modelo- alvo sob condições de hibridização convencionais, tais como aquelas descri- tos em Sambrook et al. (1989). Será apreciado que o tamanho mínimo de tais ácidos nucleicos é um tamanho o qual é capaz de formar um híbrido es- tável entre um determinado ácido nucleico e a sequência complementar à qual se deseja que ele hibridize. Consequentemente, o tamanho é depen- dente da composição de ácido nucleico e homologia percentual entre o ácido nucleico e sua sequência complementar, bem como das condições de hibri- dização que são usadas (por exemplo, temperatura e concentração de sal). Em uma modalidade, o ácido nucleico tem pelo menos 10 nucleotídeos de comprimento, pelo menos 15 nucleotídeos de comprimento, pelo menos 20 nucleotídeos de comprimento, pelo menos 25 nucleotídeos de comprimento ou pelo menos 30 nucleotídeos de comprimento.To the extent that the invention provides novel nucleic acids and nucleic acid vectors, it also provides nucleic acids which are capable of hybridizing to at least a portion of a nucleic acid described herein, a nucleic acid complementary to any of them, or a functionally equivalent variant of any of them. Such nucleic acids will preferably hybridize to such nucleic acids, a nucleic acid complementary to any of them, or a functionally equivalent variant of any of them under stringent hybridization conditions. "Stringent hybridization conditions" means that the nucleic acid is capable of hybridizing to a target template under conventional hybridization conditions, such as those described in Sambrook et al. (1989). It will be appreciated that the minimum size of such nucleic acids is a size which is capable of forming a stable hybrid between a given nucleic acid and the complementary sequence to which it is desired to hybridize. Accordingly, the size is dependent on the nucleic acid composition and percent homology between the nucleic acid and its complementary sequence, as well as the hybridization conditions that are used (e.g., temperature and salt concentration). In one embodiment, the nucleic acid is at least 10 nucleotides in length, at least 15 nucleotides in length, at least 20 nucleotides in length, at least 25 nucleotides in length, or at least 30 nucleotides in length.

Deverá ser notado que os ácidos nucleicos da invenção podem estar em qualquer forma adequada, incluindo RNA, DNA ou cDNA, incluindo ácidos nucleicos fita dupla e fita simples.It should be noted that the nucleic acids of the invention may be in any suitable form, including RNA, DNA or cDNA, including double-stranded and single-stranded nucleic acids.

A invenção também proporciona organismos hospedeiros, parti- cularmente micro-organismos, incluindo vírus e bactérias e leveduras, com- preendendo qualquer um ou mais dos ácidos nucleicos descritos aqui.The invention also provides host organisms, particularly microorganisms, including viruses and bacteria and yeasts, comprising any one or more of the nucleic acids described herein.

A invenção proporciona um método de produção de 1-butanol e/ou um precursor do mesmo por meio de fermentação microbiana que compreende fermentação de um substrato gasoso compreendendo CO u- sando um micro-organismo recombinante. Em determinadas modalidades, 1- butanol ou um precursor do mesmo é co-produzido com outro produto de fermentação (por exemplo, etanol). Em uma modalidade, 1-butanol ou um precursor do mesmo é o principal produto de fermentação. Em uma modali- dade, o micro-organismo recombinante é conforme aqui anteriormente des- crito.The invention provides a method of producing 1-butanol and/or a precursor thereof via microbial fermentation comprising fermentation of a gaseous substrate comprising CO using a recombinant microorganism. In certain embodiments, 1-butanol or a precursor thereof is co-produced with another fermentation product (e.g., ethanol). In one embodiment, 1-butanol or a precursor thereof is the primary fermentation product. In one embodiment, the recombinant microorganism is as previously described herein.

Em uma modalidade, 1-butanol e/ou um precursor do mesmo é produzido em um rendimento de aproximadamente de 0,075 g por litro de caldo de fermentação ( g/l) a aproximadamente 20 g/l. Em uma modalidade, o rendimento é aproximadamente 0,15 g/l a aproximadamente 1,54 g/l. Em outras modalidades, o rendimento é aproximadamente 10 g/l, aproximada- mente 5 g/l ou aproximadamente 2 g/l. De preferência, o rendimento de 1- butanol é até o limite no qual o butanol se torna tóxico para as bactérias.In one embodiment, 1-butanol and/or a precursor thereof is produced in a yield of approximately 0.075 g per liter of fermentation broth (g/L) to approximately 20 g/L. In one embodiment, the yield is approximately 0.15 g/L to approximately 1.54 g/L. In other embodiments, the yield is approximately 10 g/L, approximately 5 g/L, or approximately 2 g/L. Preferably, the yield of 1-butanol is up to the limit at which butanol becomes toxic to bacteria.

De preferência, a fermentação compreende as etapas de fer- mentação anaeróbia de um substrato em um biorreator para a produção de 1-butanol e/ou um precursor do mesmo usando micro-organismos recombi- nantes, conforme descrito aqui.Preferably, the fermentation comprises the steps of anaerobically fermenting a substrate in a bioreactor for the production of 1-butanol and/or a precursor thereof using recombinant microorganisms as described herein.

Onde o precursor de 1-butanol é referido aqui, considera-se que ele pode ser opcionalmente convertido em 1-butanol na presença de de- hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol, uma de- hidrogenase de butiraldeído /de-hidrogenase de butanol bifuncional, fosfo- transbutirilase, quinase de butirato e/ou óxido-redutase de aldeído depen- dente de ferrodoxina. De preferência, o micro-organismo produz uma ou mais destas enzimas, tanto antes quanto após introdução de um ácido nu- cleico recombinante.Where the 1-butanol precursor is referred to herein, it is contemplated that it may be optionally converted to 1-butanol in the presence of butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase, phosphotransbutyrylase, butyrate kinase and/or ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase. Preferably, the microorganism produces one or more of these enzymes, either before or after introduction of a recombinant nucleic acid.

Em uma modalidade da invenção, o substrato gasoso fermenta- do pelo micro-organismo é um substrato gasoso contendo CO. O substrato gasoso pode ser um gás residual contendo CO obtido como um subproduto de um processo industrial ou de outra fonte, tais como de gases de escapa- mento de automóveis. Em determinadas modalidades, o processo industrial é selecionado do grupo que consiste em fabricação de produtos de metal ferroso, tal como usinagem de aço, fabricação de produtos não-ferrosos, processos de refino de petróleo, gaseificação de carvão, produção de ener- gia elétrica, produção de negro de carbono, produção de amónia, produção de metanol e fabricação de coque. Nestas modalidades, o gás contendo CO pode ser capturado do processo industrial antes de ser emitido para a at- mosfera usando qualquer método conveniente. O CO pode ser um compo- nente de syngas (gás compreendendo monóxido de carbono e hidrogênio). O CO produzido a partir de processos industriais é normalmente queimado para produzir CO2 e, portanto, a invenção tem utilidade particular na redução da emissão de gases de efeito de estufa CO2 e produção de butanol paro uso como biocombustível. Dependendo da composição do substrato gasoso contendo CO, pode também ser desejável tratá-lo para remover quaisquer impurezas indesejadas, tais como partículas de poeira, antes de introdução do mesmo na fermentação. Por exemplo, o substrato gasoso pode ser filtra- do ou purificado usando métodos conhecidos.In one embodiment of the invention, the gaseous substrate fermented by the microorganism is a gaseous substrate containing CO. The gaseous substrate may be a CO-containing waste gas obtained as a byproduct of an industrial process or from another source, such as from automobile exhaust. In certain embodiments, the industrial process is selected from the group consisting of ferrous metal product manufacturing, such as steel milling, nonferrous product manufacturing, petroleum refining processes, coal gasification, electrical power production, carbon black production, ammonia production, methanol production, and coke manufacturing. In these embodiments, the CO-containing gas may be captured from the industrial process prior to emission to the atmosphere using any convenient method. The CO may be a component of syngas (gas comprising carbon monoxide and hydrogen). CO produced from industrial processes is normally burned to produce CO2 and therefore the invention has particular utility in reducing CO2 greenhouse gas emissions and producing butanol for use as a biofuel. Depending on the composition of the CO-containing gaseous substrate, it may also be desirable to treat it to remove any undesirable impurities, such as dust particles, prior to introducing it into the fermentation process. For example, the gaseous substrate may be filtered or purified using known methods.

Será apreciado que, para que crescimento das bactérias e fer- mentação de CO em 1-butanol ocorram, além do substrato gasoso contendo CO, em um meio nutriente líquido adequado deverá ser alimentado ao bior- reator. Um meio nutriente conterá vitaminas e minerais suficientes para per- mitir o crescimento do micro-organismo usado. Meios adequados para fer- mentação anaeróbia para produção de butanol usando CO são conhecidos na técnica. Por exemplo, meios adequados são descritos em Biebel (2001). Em uma modalidade da invenção, o meio é conforme descrito na seção E- xemplos aqui depois.It will be appreciated that in order for growth of the bacteria and fermentation of CO to 1-butanol to occur, in addition to the gaseous substrate containing CO, a suitable liquid nutrient medium must be fed to the bioreactor. A nutrient medium will contain sufficient vitamins and minerals to allow growth of the microorganism used. Suitable media for anaerobic fermentation for butanol production using CO are known in the art. For example, suitable media are described in Biebel (2001). In one embodiment of the invention, the medium is as described in the Examples section hereinafter.

A fermentação deverá, desejavelmente, ser realizada sob condi- ções adequadas para que fermentação de CO em butanol ocorra. Condições de reação que devem ser consideradas incluem pressão, temperatura, taxa de fluxo de gás, taxa de fluxo de líquido, o pH do meio, potencial redox do meio, taxa de agitação (se usando um reator de tanque agitado contínuo), nível de inóculo, concentrações máximas de substrato gasoso para assegu- rar que o CO na fase líquida não se torne limitativo e concentrações máxi- mas de produto para evitar inibição de produto.Fermentation should desirably be carried out under conditions suitable for fermentation of CO to butanol to occur. Reaction conditions that must be considered include pressure, temperature, gas flow rate, liquid flow rate, pH of the medium, redox potential of the medium, agitation rate (if using a continuous stirred tank reactor), inoculum level, maximum gaseous substrate concentrations to ensure that CO in the liquid phase does not become limiting, and maximum product concentrations to avoid product inhibition.

Além disso, é muitas vezes desejável aumentar a concentração de CO de uma corrente de substrato (ou pressão parcial de CO em um subs- trato gasoso) e, assim, aumentar a eficiência de reações de fermentação onde CO é um substrato. Operação em maiores pressões permite um au- mento significativo na taxa de transferência de CO da fase gasosa para a fase líquida, onde ele pode ser captado pelo micro-organismo como fonte de carbono para a produção de butanol. Isto, por sua vez, significa que o tempo de retenção (definido como o volume de líquido no biorreator dividido pela taxa de fluxo de gás de entrada) pode ser reduzido quando biorreatores são mantidos em uma pressão elevada, ao invés de em pressão atmosférica. As condições de reação ótimas dependerão, em parte, do micro-organismo da invenção usado em particular. No entanto, em geral, é preferido que a fer- mentação seja realizada em uma pressão maior do que a pressão ambiente. Além disso, uma vez que uma determinada taxa de conversão de CO em butanol é, em parte, uma função do tempo de retenção do substrato e ob- tenção de um tempo de retenção desejado, por sua vez, determina o volume necessário de um biorreator, o uso de sistemas pressurizados pode reduzir consideravelmente o volume do biorreator necessário e, consequentemente, o custo do capital com equipamento de fermentação. De acordo com os e- xemplos fornecidos na Patente US N° 5.593.886, volume do reator pode ser reduzido em proporção linear a aumentos na pressão de operação do reator, isto é, biorreatores operados a 10 atmosferas de pressão precisam apenas de um décimo do volume daqueles operados a 1 atmosfera de pressão.Furthermore, it is often desirable to increase the CO concentration of a substrate stream (or partial pressure of CO in a gaseous substrate) and thus increase the efficiency of fermentation reactions where CO is a substrate. Operation at higher pressures allows a significant increase in the rate of transfer of CO from the gas phase to the liquid phase, where it can be taken up by the microorganism as a carbon source for butanol production. This, in turn, means that the retention time (defined as the volume of liquid in the bioreactor divided by the inlet gas flow rate) can be reduced when bioreactors are maintained at elevated pressure, rather than at atmospheric pressure. The optimum reaction conditions will depend, in part, on the particular microorganism of the invention used. However, in general, it is preferred that fermentation be carried out at a pressure greater than ambient pressure. Furthermore, since a given rate of CO to butanol conversion is in part a function of substrate retention time, and achieving a desired retention time in turn determines the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and, consequently, the capital cost of fermentation equipment. According to the examples provided in U.S. Patent No. 5,593,886, reactor volume can be reduced in linear proportion to increases in reactor operating pressure, i.e., bioreactors operated at 10 atmospheres of pressure require only one-tenth the volume of those operated at 1 atmosphere of pressure.

Os benefícios de conduzir uma fermentação de gás em etanol em pressões elevadas foi descrito em outro lugar. Por exemplo, o documen- to WO 02/08438 descreve fermentações de gás em etanol realizadas sob pressões de 30 psi e 75 psi, proporcionando produtividades de etanol de 150 g/l/dia e 369 g/l/dia, respectivamente. No entanto, descobriu-se que fermen- tações exemplificativas realizadas usando meios e composições de gás de entrada similares em pressão atmosférica produzem entre 10 e 20 vezes menos etanol por litro por dia.The benefits of conducting gas-to-ethanol fermentation at elevated pressures have been described elsewhere. For example, WO 02/08438 describes gas-to-ethanol fermentations conducted at pressures of 30 psi and 75 psi, yielding ethanol productivities of 150 g/L/day and 369 g/L/day, respectively. However, exemplary fermentations conducted using similar media and input gas compositions at atmospheric pressure have been found to produce between 10 and 20 times less ethanol per liter per day.

A composição das correntes gasosas usados para alimentar uma reação de fermentação pode ter um impacto significativo sobre a eficá- cia e/ou custos desta reação. Por exemplo, O2 pode diminuir a eficiência de um processo de fermentação anaeróbia. Processamento de gases indeseja- dos ou desnecessários em estágios de um processo de fermentação antes ou após fermentação pode aumentar a carga sobre tais estágios (por exem- plo, onde a corrente gasosa é comprimida antes de entrar em um biorreator, energia desnecessária pode ser usada para comprimir gases que não são necessários na fermentação). Consequentemente, pode ser desejável tratar as correntes de substrato, particularmente correntes de substrato derivadas de fontes industriais, para remover componentes indesejáveis e aumentar a concentração de componentes desejáveis.The composition of the gas streams used to feed a fermentation reaction can have a significant impact on the efficiency and/or costs of that reaction. For example, O2 can decrease the efficiency of an anaerobic fermentation process. Processing of unwanted or unnecessary gases at stages of a fermentation process before or after fermentation can increase the load on those stages (e.g., where the gas stream is compressed before entering a bioreactor, unnecessary energy may be used to compress gases that are not needed in fermentation). Consequently, it may be desirable to treat substrate streams, particularly substrate streams derived from industrial sources, to remove undesirable components and increase the concentration of desirable components.

Em determinadas modalidades, uma cultura de uma bactéria da invenção é mantida em um meio de cultura aquoso. De preferência, o meio de cultura aquoso é um meio mínimo de crescimento microbiano anaeróbio.In certain embodiments, a culture of a bacterium of the invention is maintained in an aqueous culture medium. Preferably, the aqueous culture medium is a minimal anaerobic microbial growth medium.

Meios adequados são conhecidos na técnica e descritos, por exemplo, nas Patentes US Nos 5.173.429 e 5.593.886 e documento WO 02/08438 e como descrito na seção Exemplos aqui depois.Suitable means are known in the art and described, for example, in US Patent Nos. 5,173,429 and 5,593,886 and WO 02/08438 and as described in the Examples section hereinafter.

Butanol ou uma corrente mista de álcool contendo butanol e um ou mais de outros álcoois podem ser recuperados do caldo de fermentação por meio de métodos conhecidos na técnica, tais como destilação fracionada ou evaporação, pervaporação e fermentação extrativa incluindo, por exem- plo, extração de líquido-líquido. Subprodutos, tais como ácidos, incluindo butirato, podem também ser recuperados do caldo de fermentação usando métodos conhecidos na técnica. Por exemplo, pode ser usado um sistema de adsorção que envolve um filtro de carvão ativado ou eletrodiálise. Alterna- tivamente, o extração contínua de gás também pode ser usada.Butanol or a mixed alcohol stream containing butanol and one or more other alcohols can be recovered from the fermentation broth by methods known in the art, such as fractional distillation or evaporation, pervaporation, and extractive fermentation including, for example, liquid-liquid extraction. By-products, such as acids, including butyrate, can also be recovered from the fermentation broth using methods known in the art. For example, an adsorption system involving an activated carbon filter or electrodialysis can be used. Alternatively, continuous gas stripping can also be used.

Em determinadas modalidades preferidas da invenção, butanol e subprodutos são recuperados do caldo de fermentação por meio de remoção contínua de uma parte do caldo do biorreator, separação de células microbi- anas do caldo (convenientemente por meio de filtração) e recuperação de butanol e, opcionalmente, ácido do caldo. Álcoois podem, convenientemen- te, ser recuperados, por exemplo, por meio de destilação e ácidos podem ser recuperados, por exemplo, por meio de adsorção sobre carvão ativado. As células microbianas separadas são, de preferência, retornadas ao biorre- ator de fermentação. O permeado sem células remanescente após o(s) ál- cool(is) e ácido(s) serem removidos também é, de preferência, retornado ao biorreator e fermentação. Nutrientes adicionais (tais como vitaminas B) po- dem ser adicionado ao permeado sem células para repor o meio nutriente antes que ele seja retomado ao biorreator.In certain preferred embodiments of the invention, butanol and by-products are recovered from the fermentation broth by continuously removing a portion of the broth from the bioreactor, separating microbial cells from the broth (conveniently by filtration), and recovering butanol and, optionally, acid from the broth. Alcohols may conveniently be recovered, for example, by distillation, and acids may be recovered, for example, by adsorption onto activated carbon. The separated microbial cells are preferably returned to the fermentation bioreactor. The cell-free permeate remaining after the alcohol(s) and acid(s) are removed is also preferably returned to the fermentation bioreactor. Additional nutrients (such as B vitamins) may be added to the cell-free permeate to replenish the nutrient medium before it is returned to the bioreactor.

Também, se o pH do caldo foi ajustado conforme descrito acima para aumentar a adsorção de ácido acético ao carvão ativado, o pH deve ser novamente ajustado para um pH similar àquele do caldo no biorreator de fermentação antes de ser retornado ao biorreator.Also, if the pH of the broth was adjusted as described above to increase acetic acid adsorption to activated carbon, the pH should be adjusted again to a pH similar to that of the broth in the fermentation bioreactor before it is returned to the bioreactor.

Em uma modalidade da invenção, butanol é recuperado da rea- ção de fermentação usando procedimentos de fermentação extrativa nos quais butanol é recuperado em uma fase oleosa no reator. Aqueles versados na técnica apreciarão prontamente técnicas para obter isto.In one embodiment of the invention, butanol is recovered from the fermentation reaction using extractive fermentation procedures in which butanol is recovered in an oil phase in the reactor. Those skilled in the art will readily appreciate techniques for achieving this.

EXEMPLOSEXAMPLES

A invenção será agora descrita em maiores detalhes com refe- rência aos exemplos não limitativos a seguir.The invention will now be described in greater detail with reference to the following non-limiting examples.

Modificações genéticas foram realizadas usando um plasm ideo contendo um óperon sintético que consiste em um promotor forte nativo de C. autoethanogenum que controla genes de tiolase, de-hidrogenase de 3- hidroxibutiril-CoA, crotonase, de-hidrogenase de butiril-CoA e duas flavopro- teínas de transferência de elétrons de C. acetobutylicum (Fig. 1-2). Este plasmídeo foi metilado in vivo usando uma nova metiltransferase e, então, transformado em C. autoethanogenum DSM23693. Produção de 1-butanol como o principal produto da fermentação foi mostrada em diferentes corren- tes de gás industrial (efluentes gasosos de usinagem de aço, syngas).Genetic modifications were performed using a plasmid containing a synthetic operon consisting of a strong native promoter from C. autoethanogenum that controls genes for thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, and two electron transfer flavoproteins from C. acetobutylicum (Fig. 1-2). This plasmid was methylated in vivo using a novel methyltransferase and then transformed into C. autoethanogenum DSM23693. Production of 1-butanol as the major fermentation product was shown in different industrial gas streams (steel mill off-gases, syngas).

Construto de Plasmídeo de Expressão:Expression Plasmid Construct:

Técnicas padrões de clonagem molecular e DNA recombinante foram usadas na presente invenção e são descritas por Sambrook et al., 1989 e Ausubel et al., 1987. Sequências de DNA de genes de biossíntese de butanol de Clostridium acetobutylicum ATCC824 usadas foram obtidas do NCBI (Tabela 1). O promotor do óperon de quinase de aceta- to/fosfotransacetilase de C. autoethanogenum DSM10061 foi sequenciado e usado para expressão de genes-alvo (Tabela 1). Experimentos de RT-PCR mostraram que este promotor é constitutivamente expresso em alto nível (Figura 8). Tabela 1: Fontes de Genes de Vias 1-butanol DNA genômico de Clostridium acetobutylicum ATCC824 e Clos- tridum autoethanogenum DSM10061 foi isolado usando um método modifi- cado por Bertram e Dürre (1989). Uma cultura noturna de 100 ml foi coletada (6.000 x g, 15 min, 4 °C), lavada com tampão de fosfato de potássio (10 mM, pH de 7,5) e suspensa em 1,9 ml de tampão STE (EDTA a 1 mM, Tris-HCI a 50 mM, 1, sacarose a 200 mM, pH de 8,0). 300 μl de lisozima (~ 100.000 U) foram adicionados e a mistura foi incubada a 37 °C durante 30 min, seguido pela adição de 280 μl de uma solução de SDS a 10% (peso/v) e outra incu- 10 bação durante 10 min. O RNA foi digerido em temperatura ambiente median- te a adição de 240 μl de uma solução de EDTA (0,5 M, pH de 8), 20 μl de Tris-HCI (1 M, pH de 7,5) e 10 μl de RNase A (Fermentas). Então, 100 μl de proteinase K (0,5 L) foram adicionados e proteólise foi realizada durante 1-3 horas a 37 °C. Finalmente, 600 μl de perclorato de sódio (5 M) foram adicio- nados, seguido por uma extração com fenol-clorofórmio e precipitação com isopropanol. A quantidade e qualidade do DNA foram verificadas por meio de espectrofotometria.Standard molecular cloning and recombinant DNA techniques were used in the present invention and are described by Sambrook et al., 1989 and Ausubel et al., 1987. DNA sequences of butanol biosynthesis genes from Clostridium acetobutylicum ATCC824 used were obtained from NCBI (Table 1). The promoter of the acetate kinase/phosphotransacetylase operon from C. autoethanogenum DSM10061 was sequenced and used for expression of target genes (Table 1). RT-PCR experiments showed that this promoter is constitutively expressed at a high level (Figure 8). Table 1: Sources of 1-butanol Pathway Genes Genomic DNA from Clostridium acetobutylicum ATCC824 and Clostridum autoethanogenum DSM10061 was isolated using a method modified by Bertram and Dürre (1989). A 100-ml overnight culture was harvested (6,000 × g, 15 min, 4 °C), washed with potassium phosphate buffer (10 mM, pH 7.5), and suspended in 1.9 ml of STE buffer (1 mM EDTA, 50 mM Tris-HCl, 1 mM, 200 mM sucrose, pH 8.0). 300 μl of lysozyme (~100,000 U) was added and the mixture was incubated at 37 °C for 30 min, followed by the addition of 280 μl of a 10% (w/v) SDS solution and another incubation for 10 min. RNA was digested at room temperature by the addition of 240 μl of an EDTA solution (0.5 M, pH 8), 20 μl of Tris-HCl (1 M, pH 7.5) and 10 μl of RNase A (Fermentas). Then, 100 μl of proteinase K (0.5 L) was added and proteolysis was carried out for 1–3 h at 37 °C. Finally, 600 μl of sodium perchlorate (5 M) were added, followed by a phenol-chloroform extraction and isopropanol precipitation. The quantity and quality of DNA were verified by spectrophotometry.

Genes da biossíntese de butanol e o promotor de quinase de acetato/fosfotransacetilase foram amplificados por PCR com os oligonucleo- tídeos na Tabela 2 usando DNA polimerase iProof High Fidelity (Bio-Rad Labratories) e programa a seguir: desnaturação inicial a 98°C durante 30 segundos, seguido por 32 ciclos de desnaturação (98°C durante 10 segun- dos), anelamento (50-62°C durante 30-120 segundos) e alongamento (72°C durante 45 segundos) antes de uma etapa final de extensão (72°C durante 10 minutos). Tabela 2: Oligonucleotídeos para Clonagem Genes for butanol biosynthesis and the acetate kinase/phosphotransacetylase promoter were amplified by PCR with the oligonucleotides in Table 2 using iProof High Fidelity DNA polymerase (Bio-Rad Laboratories) and the following program: initial denaturation at 98°C for 30 seconds, followed by 32 cycles of denaturation (98°C for 10 seconds), annealing (50-62°C for 30-120 seconds), and elongation (72°C for 45 seconds) before a final extension step (72°C for 10 minutes). Table 2: Oligonucleotides for Cloning

A região promotora de 498 bp amplificada do óperon de quinase de acetato/fosfotransacetilase (Ppta-ack) foi clonada no vetor de transporte de E. coli-Clostrídium pMTL 85141 (SEQ ID 14; FJ797651.1; Nigel Minton, Uni- versity of Nottingham; Heap et al., 2009) usando sítios de restrição Not\ e Nde\ e a cepa DH5α-T1R (Invitrogen). O plasmídeo pMTL85145 chado e o produto de PCR de 1.194 bp do gene de tiolase foram ambos cortados com Nde\ e EcoRI. A ligação foi transformada em E. coli XL1-Blue MRF' Kan (S- tratagene), resultando no plasmídeo pMTL85145-thlA. Subsequentemente, o fragmento de 4.764 bp amplificado por PCR do óperon crt-bcd-etfB-etfA-hbd de C. acetobutylicum ATCC 824 foi clonado neste vetor usando Kpnl e Ba- mHI e E. coli ABLE K (Stratagene), criando o plasmídeo pMTL85145-thlA- crt-hbd. Finalmente, o cassete de resistência a antibióticos foi mudado de cloranfenicol para claritromicina. Portanto, um cassete ermB foi liberado do vetor pMTL82254 (SEQ ID 15; FJ797646.1; Nigel Minton, University of Not- tingham; Heap et al., 2009) usando as enzimas de restrição Pmel e Fse\ e trocado por um cassete catPde plasmídeo pMTL85145-thlA-crt-hbd. O inser- to do plasmídeo de expressão resultante, pMTL85245-thlA-crt-hbd (SEQ ID NO. 31), foi completamente sequenciado usando os oligonucleotídeos forne- cidos na Tabela 3 e os resultados confirmaram que os genes de biossíntese de butanol estavam livres de mutações (Figura 3). Tabela 3: Oligonucleotídeos para Sequenciamento The amplified 498 bp promoter region of the acetate kinase/phosphotransacetylase (Ppta-ack) operon was cloned into the E. coli-Clostridium shuttle vector pMTL 85141 (SEQ ID 14; FJ797651.1; Nigel Minton, University of Nottingham; Heap et al., 2009) using Not\ and Nde\ restriction sites and the DH5α-T1R strain (Invitrogen). The plasmid pMTL85145 and the 1,194 bp PCR product of the thiolase gene were both cut with Nde\ and EcoRI. The ligation was transformed into E. coli XL1-Blue MRF' Kan (S-tratagene), resulting in plasmid pMTL85145-thlA. Subsequently, the PCR-amplified 4,764-bp fragment of the crt-bcd-etfB-etfA-hbd operon from C. acetobutylicum ATCC 824 was cloned into this vector using KpnI and Ba- mHI and E. coli ABLE K (Stratagene), creating plasmid pMTL85145-thlA-crt-hbd. Finally, the antibiotic resistance cassette was changed from chloramphenicol to clarithromycin. Therefore, an ermB cassette was released from vector pMTL82254 (SEQ ID 15; FJ797646.1; Nigel Minton, University of Nottingham; Heap et al., 2009) using restriction enzymes PmeI and FseI and exchanged for a catP cassette from plasmid pMTL85145-thlA-crt-hbd. The resulting expression plasmid insert, pMTL85245-thlA-crt-hbd (SEQ ID NO. 31), was completely sequenced using the oligonucleotides provided in Table 3 and the results confirmed that the butanol biosynthesis genes were free of mutations (Figure 3). Table 3: Oligonucleotides for Sequencing

Metilação de DNA:DNA methylation:

Um gene híbrido de metiltransferase fundido a um promotor lac induzível foi concebido (SEQ ID 28) por meio de alinhamento de genes de metiltransferase de C. autoethanogenum (SEQ ID NO. 24), C. Ijungdahlii (SEQ ID NO. 25) e C. ragsdalei ( SEQ ID NO. 26) (Figuras 4a, 4b e 4c). Ex- pressão do gene de metiltransferase resultou na produção de uma enzima metiltransferase de acordo com SEQ ID NO. 28. Dados de alinhamento da sequência de aminoácido de metiltransferase são mostrados na Figura 4d. O gene híbrido de metiltransferase (SEQ ID NO. 27) foi sintetizado quimica- mente e clonado no vetor pGS20 (SEQ ID 29; ATG:biosynthetics GmbH, Merzhausen, Alemanha) usando EcoRI (Fig. 5). O plasmídeo de metilação resultante pGS20-metiltransferase foi duplamente transformado com o plas- mídeo de expressão pMTL85245-thlA-crt-hbd em E. co//XL1-Blue MRF' Kan restrição-negativa (Stratagene). Metilação in vivo foi induzida mediante a adição de IPTG a 1 mM e os plasmídeos metilados foram isolados usando o kit PureLink™ HiPure Plasmid Maxiprep (Invitrogen). A composição do plasmídeo metilado resultante foi usada para transformação de C. autoetha- nogenum DSM23693.A hybrid methyltransferase gene fused to an inducible lac promoter was designed (SEQ ID NO. 28) by aligning methyltransferase genes from C. autoethanogenum (SEQ ID NO. 24), C. Ijungdahlii (SEQ ID NO. 25), and C. ragsdalei (SEQ ID NO. 26) (Figures 4a, 4b, and 4c). Expression of the methyltransferase gene resulted in the production of a methyltransferase enzyme according to SEQ ID NO. 28. Amino acid sequence alignment data of methyltransferase are shown in Figure 4d. The hybrid methyltransferase gene (SEQ ID NO. 27) was chemically synthesized and cloned into the pGS20 vector (SEQ ID 29; ATG:biosynthetics GmbH, Merzhausen, Germany) using EcoRI (Fig. 5). The resulting methylation plasmid pGS20-methyltransferase was double transformed with the expression plasmid pMTL85245-thlA-crt-hbd into restriction-negative E. co//XL1-Blue MRF' Kan (Stratagene). In vivo methylation was induced by the addition of 1 mM IPTG, and methylated plasmids were isolated using the PureLink™ HiPure Plasmid Maxiprep kit (Invitrogen). The resulting methylated plasmid composition was used for transformation of C. autoethanogenum DSM23693.

Transformação:Transformation:

Durante o experimento de transformação completa, C. autoetha- nogenum DSM23693 e C. Ijundahlii (DSM 13528) foram cultivados em meio PETC (Tab. 4), com 10 g/l de frutose e gás residual de usinagem de aço a 30 (coletado da New Zealand Steel Site em Glenbrook, NZ; composição: 44% de CO, 32% de N2, 22% de CO2 e 2% de H2) como fonte de carbono a 37 °C usando técnicas anaeróbias padrões descritas por Hungate (1969) e Wolfe (1971). Tabela 4: Meio PETC (Meio ATCC 1754; http://www.atcc.org/Attachments/2940.pdf) During the complete transformation experiment, C. autoethanogenum DSM23693 and C. Ijundahlii (DSM 13528) were grown in PETC medium (Tab. 4) with 10 g/L fructose and 30 °C steel mill waste gas (collected from the New Zealand Steel Site in Glenbrook, NZ; composition: 44% CO, 32% N2, 22% CO2, and 2% H2) as carbon source at 37 °C using standard anaerobic techniques described by Hungate (1969) and Wolfe (1971). Table 4: PETC medium (ATCC 1754 medium; http://www.atcc.org/Attachments/2940.pdf)

Para fazer células competentes, uma cultura de 50 ml de C. au- toethanogenum DSM23693 e uma cultura de 50 ml de C. Ijundahlii 5 DSM13528 foram subcultivadas em meio fresco durante 3 dias consecutivos.To make competent cells, a 50 ml culture of C. autoethanogenum DSM23693 and a 50 ml culture of C. Ijundahlii 5 DSM13528 were subcultured in fresh medium for 3 consecutive days.

Estas células foram usadas para inocular 50 ml de meio PETC contendo DL- treonina a 40 mM em uma OD6oo nm de 0,05. Quando a cultura atingiu uma OD6OO nm de 0,4, as células foram transferidas para uma câmara anaeróbia e coletadas a 4.700 x g e 4 °C. A cultura foi lavada duas vezes com tampão de eletroporação gelado (sacarose a 270 mM, MgCfe a 1 mM, fosfato de só- dio a 7 mM, pH de 7,4) e finalmente suspensa em um volume de 600 μl de tampão de eletroporação fresco. Esta mistura foi transferida para uma cube- ta de eletroporação pré-resfriada com um vão de eletrodo de 0,4 cm conten- do 1 μg da mistura de plasmídeo metilado (e, no caso de C. Ijundahlii, 1 μl de Type 1 Restriction Inhibitor (Epicentre Biotechnologies)) e imediatamente condicionada usando sistema de eletroporação Gene Pulser Xcell (Bio-Rad) com as configurações a seguir: 2,5 kV, 600 Q e 25 μF. Constantes de tempo de 3,7-4,0 ms foram obtidas. A cultura foi transferida para 5 ml de meio fres- co. Regeneração das células foi monitorada em um comprimento de onda de 600 nm usando um espectrofotômetro Spectronic Helios Epsilon (Thermo) equipado com um suporte de tubo. Após uma queda inicial na biomassa, as células começam a crescer de novo. Uma vez que a biomassa dobrou a par- tir desse ponto, as células foram coletadas, suspensas em 200 μl de meio fresco e cultivadas em placas PETC seletivas (contendo agar Bacto™ a 1,2% (BD)) com 4 μg/μl de Claritromicina. Após 4-5 dias de inoculação com gás de usinagem de aço a 30 psi a 37 °C, 15-80 colônias por placa eram claramente visíveis.These cells were used to inoculate 50 ml of PETC medium containing 40 mM DL-threonine at an OD600 nm of 0.05. When the culture reached an OD600 nm of 0.4, the cells were transferred to an anaerobic chamber and harvested at 4,700 × g and 4 °C. The culture was washed twice with ice-cold electroporation buffer (270 mM sucrose, 1 mM MgCl, 7 mM sodium phosphate, pH 7.4) and finally suspended in a volume of 600 μl of fresh electroporation buffer. This mixture was transferred to a precooled electroporation cuvette with a 0.4 cm electrode gap containing 1 μg of the methylated plasmid mixture (and, in the case of C. ijundahlii, 1 μl of Type 1 Restriction Inhibitor (Epicentre Biotechnologies)) and immediately conditioned using a Gene Pulser Xcell electroporation system (Bio-Rad) with the following settings: 2.5 kV, 600 Q, and 25 μF. Time constants of 3.7–4.0 ms were obtained. The culture was transferred to 5 ml of fresh medium. Cell regeneration was monitored at a wavelength of 600 nm using a Spectronic Helios Epsilon spectrophotometer (Thermo) equipped with a tube holder. After an initial drop in biomass, cells began to grow again. Once the biomass had doubled from this point, cells were harvested, suspended in 200 μl of fresh medium, and cultured on selective PETC plates (containing 1.2% Bacto™ agar (BD)) with 4 μg/μl Clarithromycin. After 4–5 days of inoculation with steel mill gas at 30 psi at 37 °C, 15–80 colonies per plate were clearly visible.

As colônias foram usadas para inocular 2 ml de meio PETC con- tendo 4 μg/mL de Claritromicina. Quando ocorreu um crescimento, a cultura foi escalonada em 5 ml e, depois, 50 ml de meio PETC contendo 4 μg/mL de Claritromicina e gás de usinagem de aço a 30 psi como única fonte de car- bono.The colonies were used to inoculate 2 ml of PETC medium containing 4 μg/mL Clarithromycin. When growth occurred, the culture was scaled up to 5 ml and then 50 ml of PETC medium containing 4 μg/mL Clarithromycin and 30 psi steel mill gas as the sole carbon source.

Confirmação de Transformação Com Sucesso:Confirmation of Successful Transformation:

C. autoethanogenum: Para verificar a transferência de DNA, um plasmídeo mini prep foi realizado a partir de um volume de cultura de 10 ml cultura usando o kit QIAprep Spin Miniprep (Qiagen). Em virtude da atividade de exonuclease Clostridial (Burchhardt e Dürre, 1990), o DNA de plasmídeo isolado de 4 clones analisados foi parcialmente degradado e resultou apenas em uma mancha em um gel de agarose, enquanto que o isolamento de plasmídeos da cepa C. autoethanogenum DSM23693 original não resulta em um sinal em geral (Fig. 6). No entanto, a qualidade do DNA de plasmídeo isolado foi suficiente para executar uma PCR de controle usando quatro con- juntos de iniciadores, abrangendo todas as diferentes regiões relevantes do plasmídeo (Tabela 5). A PCR foi realizada com lllustra PuReTaq Ready-To- Go™ PCR Beads (GE Healthcare) usando uma condições padrões (95 °C durante 5 min; 32 ciclos de 95 °C durante 30 s, 50 °C durante 30 s e 72 °C durante 1 min; 72 °C durante 10 min.) PCR de todos os quatro transforman- tes analisados resultou nos mesmos sinais que a mistura de plasmídeo meti- lado original como modelo (Fig. 6). Como um controle adicional, 1 μl de cada um dos plasmídeos isolados parcialmente degradadas foi re-transformado em E. co//XL1-Blue MRF' Kan (Stratagene), de onde os plasmídeos pude- ram ser isolados de forma limpa e verificados através de digestões por res- trição.C. autoethanogenum: To check DNA transfer, a plasmid miniprep was performed from a 10 ml culture volume using the QIAprep Spin Miniprep kit (Qiagen). Due to the Clostridial exonuclease activity (Burchhardt and Dürre, 1990), the plasmid DNA isolated from 4 clones analyzed was partially degraded and resulted in only a spot on an agarose gel, whereas the isolation of plasmids from the original C. autoethanogenum DSM23693 strain did not result in an overall signal (Fig. 6). However, the quality of the isolated plasmid DNA was sufficient to perform a control PCR using four primer sets covering all the different relevant regions of the plasmid (Table 5). PCR was performed with Illustra PuReTaq Ready-To-Go™ PCR Beads (GE Healthcare) using standard conditions (95 °C for 5 min; 32 cycles of 95 °C for 30 s, 50 °C for 30 s, and 72 °C for 1 min; 72 °C for 10 min). PCR of all four transformants analyzed resulted in the same signals as the original methylated plasmid mixture as template (Fig. 6). As an additional control, 1 μl of each of the partially degraded isolated plasmids was re-transformed into E. coli//XL1-Blue MRF' Kan (Stratagene), from which the plasmids could be cleanly isolated and verified by restriction digests.

Para confirmar a identidade dos quatro clones, o DNA genômico foi isolado (vide acima) de 40 ml de cada cultura e uma PCR foi realizada contra o gene de rRNA 16S (Tab. 5; Weisberg et al., 1991) usando lllustra PuReTaq Ready-To-Go™ PCR Beads (GE Healthcare) e condições padrões (95 °C durante 5 min; 32 ciclos de 95 °C durante 30 s, 50 °C durante 30 s e 72 °C durante 1 min; 72 °C durante 10 min). Os respectivos produtos de PCR foram purificados e sequenciados. As sequências de todos os clones mostraram pelo menos 99,9% de identidade em relação ao gene de rRNA 16S de C. autoethanogenum (SEQ ID 30; Y18178, Gl: 7271109).To confirm the identity of the four clones, genomic DNA was isolated (see above) from 40 ml of each culture and a PCR was performed against the 16S rRNA gene (Table 5; Weisberg et al., 1991) using Illustra PuReTaq Ready-To-Go™ PCR Beads (GE Healthcare) and standard conditions (95 °C for 5 min; 32 cycles of 95 °C for 30 s, 50 °C for 30 s, and 72 °C for 1 min; 72 °C for 10 min). The respective PCR products were purified and sequenced. The sequences of all clones showed at least 99.9% identity to the C. autoethanogenum 16S rRNA gene (SEQ ID 30; Y18178, Gl: 7271109).

A respectiva cepa foi depositada no DSMZ (Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Alemanha) sob o número de acesso DSM24138 em 26 de Outubro de 2010. C. Ijungdahlii-. Transformantes de Clostridium Ijungdahlii foram confirmados usando o mesmo método e conjuntos de iniciadores. Sequenci- amento do gene de rRNA 16S resultou em uma combinação de 100% com o gene 16S de Clostridium Ijungdahlii (SEQ ID 119; CP001666, Gl: 300433347). Tabela 5: Oliqonucleotídeos para Confirmação por PCR de Plasmídeo e Es- Pécie The respective strain was deposited at the DSMZ (Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany) under accession number DSM24138 on October 26, 2010. C. Ijungdahlii-. Clostridium Ijungdahlii transformants were confirmed using the same method and primer sets. Sequencing of the 16S rRNA gene resulted in a 100% match to the 16S gene of Clostridium Ijungdahlii (SEQ ID 119; CP001666, Gl: 300433347). Table 5: Oligonucleotides for PCR Confirmation of Plasmid and Species

Produção de 1-butanol:Production of 1-butanol:

Para demonstrar a produção de 1-butanol a partir de CO como única fonte de carbono e energia, meio PETC sem extrato de levedura e fru- tose foi preparado e inoculado com as novas cepas de C. autoethanogenum e C. Ijungdahlii abrigando o plasmídeo de butanol pMTL85245-thlA-crt-hbd. Garrafas foram pressurizadas com 30 psi de uma corrente gasosa contendo CO a partir de duas fontes industriais, efluxo gasoso de usinagem de aço 10 (coletado de New Zealand Steel Site em Glenbrook, NZ, composição: 44% de CO, 32% de N2, 22% de CO2, 2% de H2) e syngas (Range Fuels Inc., Broomfield, CO; composição: 29% de CO, 45% de H2, 13% de CH4, 12% de CO2, 1% de N2). Produção de 1-butanol pôde ser demonstrada com ambas as cepas e ambas as misturas gasosas ao longo de vários períodos de sub- cultura. Co-produção de butirato foi observado também. Nem 1-butanol nem butirato foram detectados em amostras de cepas não modificadas de C. au- toethanogenum DSM23693 e C. Ijungdahlii DSM13528 sob as mesmas con- dições.To demonstrate the production of 1-butanol from CO as the sole carbon and energy source, PETC medium lacking yeast extract and fructose was prepared and inoculated with the novel strains of C. autoethanogenum and C. Ijungdahlii harboring the butanol plasmid pMTL85245-thlA-crt-hbd. Bottles were pressurized with 30 psi of a gas stream containing CO from two industrial sources, steel mill off-gas (collected from the New Zealand Steel Site in Glenbrook, NZ; composition: 44% CO, 32% N2, 22% CO2, 2% H2) and syngas (Range Fuels Inc., Broomfield, CO; composition: 29% CO, 45% H2, 13% CH4, 12% CO2, 1% N2). Production of 1-butanol could be demonstrated with both strains and both gas mixtures over several subculture periods. Co-production of butyrate was also observed. Neither 1-butanol nor butyrate was detected in samples of unmodified strains of C. autoethanogenum DSM23693 and C. Ijungdahlii DSM13528 under the same conditions.

Análise de metabólitos foi realizada por HPLC usando um siste- ma de HPLC Agilent 1100 Series equipado com um RID (Refractive Index Detector - Detector de índice de Refração) operado a 35 °C e uma coluna de ácido orgânico Alltech IOA-2000 (150 x 6,5 mm, tamanho de partícula de 5 μm) mantido a 60 °C. Foi usada água ligeiramente acidificada (H2SO4 a 0,005 M) como fase móvel com uma taxa de fluxo de 0,7 ml/min. Para elimi- nar as proteínas e outros resíduos celulares, 400 μl de amostras foram mis- turados com 100 μl de uma solução de ácido 5-sulfo-salicílico a 2% (peso/v) e centrifugado a 14.000 x g durante 3 minutos para separar os resíduos pre- cipitados. 10 μl do sobrenadante foram, então, injetados no HPLC para aná- lise.Metabolite analysis was performed by HPLC using an Agilent 1100 Series HPLC system equipped with a Refractive Index Detector (RID) operated at 35 °C and an Alltech IOA-2000 organic acid column (150 × 6.5 mm, 5 μm particle size) maintained at 60 °C. Slightly acidified water (0.005 M H2SO4) was used as the mobile phase with a flow rate of 0.7 ml/min. To eliminate proteins and other cellular debris, 400 μl of samples were mixed with 100 μl of a 2% (w/v) 5-sulfosalicylic acid solution and centrifuged at 14,000 × g for 3 min to separate precipitated debris. 10 μl of the supernatant was then injected into the HPLC for analysis.

Em experimentos com garrafa de soro foi observada a maior produção de 1-butanol em duas culturas estáticas de C. autoethanogenum abrigando o plasmídeo de butanol pMTL85245-thlA-crt-hbd. Nestas culturas, 1-butanol foi o principal produto final da fermentação observado, com 1,54 g/l (25,66 mm) (Tabela 6, FIG. 7). A produção de outros metabólitos foi redu- zida em comparação com a cepa original de C. autoethanogenum DSM23693, a qual produziu apenas etanol, acetato e 2,3-butanodiol. Embo- ra o fluxo de carbono fosse desviado para a produção de 1-butanol, a quan- tidade total de carbono incorporado nos produtos metabólicos finais perma- neceu praticamente a mesma (Tabela 6). É provável que o ligeiro aumento de 20% seja o resultado de descarga extra de equivalentes de redução para a produção de 1-butanol e butirato comparado com etanol e acetato, respec- tivamente. A produção de 2,3-butanodiol, o qual usualmente atua como dis- sipador de elétrons, foi completamente reduzida. Tabela 6: Produção de Metabólitos e Equilíbrio de Carbono de C. autoethanogenum Abrigando o Plasmídeo de Butanol pM- TL85245-thlA-crt-hbd Comparado com C. autoethanogenum DSM23693 Original In serum bottle experiments, the highest 1-butanol production was observed in two static cultures of C. autoethanogenum harboring the butanol plasmid pMTL85245-thlA-crt-hbd. In these cultures, 1-butanol was the major fermentation end product observed, at 1.54 g/L (25.66 mM) (Table 6, Fig. 7). The production of other metabolites was reduced compared with the parent C. autoethanogenum strain DSM23693, which produced only ethanol, acetate, and 2,3-butanediol. Although carbon flux was diverted to 1-butanol production, the total amount of carbon incorporated into the metabolic end products remained virtually the same (Table 6). The slight increase of 20% is likely the result of extra discharge of reduction equivalents for the production of 1-butanol and butyrate compared to ethanol and acetate, respectively. The production of 2,3-butanediol, which usually acts as an electron sink, was completely reduced. Table 6: Metabolite Production and Carbon Balance of C. autoethanogenum Harboring the Butanol Plasmid pM-TL85245-thlA-crt-hbd Compared with C. autoethanogenum DSM23693 Original

Produção de 1-butanol também foi observada em culturas de C. Ijungdahlii DSM13528 abrigando o plasmídeo de butanol pMTL85245-thlA- crt-hbd em quantidades significativas de até 0,36 g/l (6 mM), embora inferior ao C. autoethanogenum DSM23693 abrigando o mesmo plasmídeo. Isto po- de ser explicado porque C. autoethanogenum DSM23693 é uma cepa com produção aprimorada de álcool e, correspondentemente, a cepa não modifi- cada de C. autoethanogenum DSM23693 produz mais etanol e menos ace- tato do que a cepa não modificada de C. Ijungdahlii DSM13528 (ambas as cepas não produzem butanol nem butirato). C. Ijungdahlii abrigando o plasmídeo de butanol pMTL85245- thlA-CRT-hbd tive uma proporção de 1-butanol:butirato do que C. autoetha- nogenum. A proporção de 1-butanol para butirato, no entanto, pode ser alte- rada pelas condições de processo. Isto permite a produção de 1-butanol co- mo o principal produto da fermentação, mas também a produção de butirato como o principal produto da fermentação em ambas as cepas C. autoetha- nogenum e C. Ijungdahlii. Em experimentos com frasco de soro, proporções molares de 1-butanol:butirato entre 50:1 a 1:30 foram observadas com C. autoethanogenum e 20:1-1:30 com C. Ijungdahlii. Culturas as quais foram incubadas sob agitação produziram geralmente maiores níveis de butirato e menores níveis de 1-butanol comparado com culturas estáticas. Descobriu- se que a concentração de CO (e H2) no headspace tinha um efeito sobre a proporção de 1-butanol:butirato também. Em culturas com menos CO no headspace, a produção de butirato era mais favorecida e ele pôde ser pro- duzido como o principal produto de fermentação. Correspondentemente, titu- lações mais altas de 1-butanol foram observadas com o gás de usinagem de aço rico em CO (44% de CO) do que no syngas pobre em CO (29% de CO) em experimentos realizados em frasco de soro. Um máximo de 1,08 g/l (12,8 mM) de butirato foi observado com Clostridium autoethanogenum abrigando um plasmídeo pMTL85245-thlA-crt-hbd e um nível de 1,03 g/l (12,5 mM) com C. Ijungdahlii abrigando o mesmo plasmídeo. Este efeito pode ser explicado pelo carbono extra no sistema e também o poder de redução adicional gera- do a partir da oxidação de CO pela de-hidrogenase de monóxido de carbon (CODH).Production of 1-butanol was also observed in cultures of C. Ijungdahlii DSM13528 harboring the butanol plasmid pMTL85245-thlA-crt-hbd in significant amounts up to 0.36 g/L (6 mM), although lower than that of C. autoethanogenum DSM23693 harboring the same plasmid. This could be explained because C. autoethanogenum DSM23693 is a strain with enhanced alcohol production and, correspondingly, the unmodified strain of C. autoethanogenum DSM23693 produces more ethanol and less acetate than the unmodified strain of C. Ijungdahlii DSM13528 (both strains produce neither butanol nor butyrate). C. Ijungdahlii harboring the butanol plasmid pMTL85245-thlA-CRT-hbd had a higher 1-butanol:butyrate ratio than C. autoethanogenum. The ratio of 1-butanol to butyrate, however, can be altered by process conditions. This allows the production of 1-butanol as the major fermentation product but also the production of butyrate as the major fermentation product in both C. autoethanogenum and C. Ijungdahlii strains. In serum vial experiments, 1-butanol:butyrate molar ratios ranging from 50:1 to 1:30 were observed with C. autoethanogenum and 20:1–1:30 with C. Ijungdahlii. Cultures which were incubated under agitation generally produced higher levels of butyrate and lower levels of 1-butanol compared with static cultures. The concentration of CO (and H2) in the headspace was found to have an effect on the 1-butanol:butyrate ratio as well. In cultures with less CO in the headspace, butyrate production was more favored and it could be produced as the major fermentation product. Correspondingly, higher titers of 1-butanol were observed with the CO-rich steelmaking gas (44% CO) than with the CO-poor syngas (29% CO) in serum flask experiments. A maximum of 1.08 g/L (12.8 mM) butyrate was observed with Clostridium autoethanogenum harboring a pMTL85245-thlA-crt-hbd plasmid and a level of 1.03 g/L (12.5 mM) with C. Ijungdahlii harboring the same plasmid. This effect can be explained by the extra carbon in the system and also the additional reducing power generated from the oxidation of CO by carbon monoxide dehydrogenase (CODH).

Conversão de Butiril-CoA em Butirato e Butanol:Conversion of Butyryl-CoA to Butyrate and Butanol:

O plasmídeo de expressão contém apenas os genes necessá- rios para a produção de butiril-CoA a partir de acetil-CoA. Butiril-CoA pode, então, ser convertido diretamente em butanol mediante a ação de uma de- hidrogenase de butiraldeído e de-hidrogenase de butanol (Fig. 1). Uma se- gunda possibilidade é que butiril-CoA seja convertido em butirato via uma fosfotransbutirilase e quinase de butirato (fig. 1), caso no qual ATP é obtido via fosforilação a nível de substrato (Substrate Level Phosphorylation - SLP). Uma vez que operação da via de Wood-Ljungdahl requer ATP, células ace- togênicas dependem de ATP a partir de SLP, o qual também se reflete no fato de que todas as bactérias acetogênicas conhecidas produzem acetato (Drake et al., 2006). No entanto, a célula recombinante pode agora também gerar ATP via SLP também por meio da produção de butirato. Butirato pode, então, ser adicionalmente reduzido em butiraldeído via uma óxido-redutase de aldeído:ferredoxina (RPA) (Fig. 1). Esta reação pode ser disparada pela ferredoxina reduzida, fornecida pela oxidação de CO via a de-hidrogenase de monóxido de carbono (CO + Fdred -> CO2 + Fdox), a etapa inicial na via de Wood-Ljungdahl. Butiraldeído pode, então, ser convertido em butanol via uma de-hidrogenase de butanol (Fig. 1). Conversão de butirato adicionado externamente em butanol por uma cultura de C. autoethanogenum foi de- monstrada (documento W02009/113878).The expression plasmid contains only the genes required for the production of butyryl-CoA from acetyl-CoA. Butyryl-CoA can then be converted directly to butanol by the action of a butyraldehyde dehydrogenase and butanol dehydrogenase (Fig. 1). A second possibility is that butyryl-CoA is converted to butyrate via a phosphotransbutyrylase and butyrate kinase (Fig. 1), in which case ATP is obtained via substrate level phosphorylation (SLP). Since the operation of the Wood-Ljungdahl pathway requires ATP, acetogenic cells depend on ATP from SLP, which is also reflected in the fact that all known acetogenic bacteria produce acetate (Drake et al., 2006). However, the recombinant cell can now also generate ATP via SLP also by producing butyrate. Butyrate can then be further reduced to butyraldehyde via an aldehyde:ferredoxin oxidoreductase (RPA) (Fig. 1). This reaction can be triggered by reduced ferredoxin provided by the oxidation of CO via carbon monoxide dehydrogenase (CO + Fdred -> CO2 + Fdox), the initial step in the Wood-Ljungdahl pathway. Butyraldehyde can then be converted to butanol via a butanol dehydrogenase (Fig. 1). Conversion of externally added butyrate to butanol by a culture of C. autoethanogenum has been demonstrated (W02009/113878).

Respectivos genes/enzimas com atividade de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol, fosfotransbutirilase, quinase de bu- tirato e óxido-redutase de aldeídoíerredoxina foram identificados pelos in- ventores em C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii e C. ragsdalei (Tab. 7-10). Potenciais genes e enzimas foram previstos por meio de comparação com genes e enzimas caracterizados usando os bancos de dados BLAST (Alts- chul et al., 1990), COG (Tatusov et al., 2003) e TIGRFAM (Haft et al., 2002). Varreduras de motivo foram realizadas contra os bancos de dados PROSITE (Hulo et al., 2008) e Pfam (Finn et al., 2010). Genomas de C. autoethanoge- num, C. Ijungdahlii e C. ragsdalei contêm vários genes que codificam enzi- mas com atividade de de-hidrogenase de álcool e aldeído. Conforme indica- do nas Tabelas 7 a 10, descobriu-se que alguns dos quais têm uma alta ho- mologia de mais de 70% com de-hidrogenases de butiraldeído e butanol ca- racterizadas de C. acetobutylicum, C. beijerínckii ou C. saccharobutylicum, 5 enquanto que outros têm pelo menos cerca de 40% de identidade com estas enzimas. Todos os três genomas codificam exatamente uma enzima com atividade de acetil/butirial transferase de fosfato e uma com atividade de qui- nase de acetato/butirato. C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii e C. ragsdalei possuem, cada um, 2 genes de óxido-redutase de aldeídoíerredoxina. Tabela 7: Genes de C. autoethanogenum que Conferem Potencialmente Ati- vidade de De-hidroqenase de Bui tiraldeído e Butanol Tabela 8: Genes de C. liunadahlii que Conferem Potencialmente Atividade de De-hidrogenase de Butiraldeíd o e Butanol Tabela 9: Genes de C. ragsdalei que Conferem Potencialmente Atividade de De-hidrogenase de Butiraldeído e Butanol Respective genes/enzymes with butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, phosphotransbutyrylase, butyrate kinase and aldehyde-redoxin oxidoreductase activities were identified by the inventors in C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii and C. ragsdalei (Tab. 7–10). Potential genes and enzymes were predicted by comparison with characterized genes and enzymes using BLAST (Altschul et al., 1990), COG (Tatusov et al., 2003) and TIGRFAM (Haft et al., 2002) databases. Motif scans were performed against PROSITE (Hulo et al., 2008) and Pfam (Finn et al., 2010) databases. Genomes of C. autoethanogenum, C. ijungdahlii, and C. ragsdalei contain several genes encoding enzymes with alcohol and aldehyde dehydrogenase activity. As indicated in Tables 7 through 10, some of these genes were found to have high homology of over 70% to butyraldehyde and butanol dehydrogenases characterized by C. acetobutylicum, C. beijerínckii, or C. saccharobutylicum,5 whereas others have at least about 40% identity with these enzymes. All three genomes encode exactly one enzyme with acetyl/butyric phosphate transferase activity and one with acetate/butyrate kinase activity. C. autoethanogenum, C. Ijungdahlii and C. ragsdalei each possess 2 aldehyde oxidoreductase genes. Table 7: C. autoethanogenum Genes Potentially Conferring Butanol and Butyl Dehydrogenase Activity Table 8: C. liunadahlii Genes Potentially Conferring Butyraldehyde and Butanol Dehydrogenase Activity Table 9: C. ragsdalei Genes Potentially Conferring Butyraldehyde and Butanol Dehydrogenase Activity

Estudos de Expressão GênicaGene Expression Studies

Estudos de expressão gênica foram realizados para confirmar a expressão bem-sucedida dos genes introduzidos de tiolase, de-hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA, Crotonase, de-hidrogenase de butiril-CoA, Flavopro- teína A de Transferência de Elétrons e Flavoproteína B de Transferência Eletrônica em C. autoethanogenum abrigando o plasmídeo de butanol pM- TL85245-thlA-crt- hbd. Além disso, descobriu-se que uma seleção de genes putativos de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de butanol, acetil/butiril transferase de fosfato, quinase de acetato/butirato, óxido- redutase de aldeídoíerredoxina identificados no genoma de C. autoethano- genum (Tabela 7) também eram expresso sob condições de fermentação padrões (Figura 60).Gene expression studies were performed to confirm the successful expression of the introduced thiolase, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, crotonase, butyryl-CoA dehydrogenase, electron transfer flavoprotein A, and electron transfer flavoprotein B genes in C. autoethanogenum harboring the butanol plasmid pM-TL85245-thlA-crt-hbd. In addition, a selection of putative butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase, acetyl/butyryl phosphate transferase, acetate/butyrate kinase, aldehyde oxidoreductase, and redoxin genes identified in the C. autoethanogenum genome (Table 7) were also found to be expressed under standard fermentation conditions (Figure 60).

Uma amostra foi coletada por meio de centrifugação (6000 x g, 5 min, 4 °C). O RNA foi isolado através de suspensão do sedimento celular em 100 μL de solução de lisozima (50.000 U de lisozima, SDS a 10%, Tris-HCI a 10 mM, EDTA a 0,1 mM, pH de 8). Após 5 min, 350 ml_ de tampão de lise (contendo 10 μl de 2-mercaptoetanol) foram adicionados. A suspensão de células foi mecanicamente rompida por meio de passagem cinco vezes atra- vés de uma agulha de calibre 18-21. O RNA foi, então, isolado usando o kit PureLink™ RNA Mini (Invitrogen) e eluído em 100 μL de água sem RNase. O RNA foi verificado via PCR e eletroforese em gel e quantificado espectro- fotometricamente e tratado com DNase I (Roche), se necessário. A qualida- de e integridade do RNA foram verificadas usando um Bioanalyzer (Agilent Technologies). A etapa de transcrição reversa foi realizada usando o kit Su- perscript III Reverse Transcriptase (Invitrogen). As reações de RT-PCR fo- ram realizadas no MyiQ Single Colour Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Labratories) em urn volume de reação de 15 μl com 25 ng de mo- delo de cDNA, 67 nM de cada um dos iniciadores (Tab. 11) e 1x iQ SYBR Green Supermix (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA 94547, EUA). Quinase de guanilato e ligase de tetraidrofolato de formato foram usadas como gene de limpeza e controles não-modelo foram incluídos. As condições de reação foram 95 °C durante 3 min, seguido por 40 ciclos de 95 °C durante 15 s, 55 °C durante 15 s e 72 °C durante 30 s. Uma análise de curva de fusão foi rea- lizada imediatamente após término de RT-PCR (38 ciclos de 58 °C a 95 °C a 1 °C/s) para detecção de dimerização de iniciador ou outros defeitos de am- plificação. mRNA para todos os genes heterólogos podem ser detectados com sucesso, mostrando que os genes são expressos. O sinal para todos os genes estava em um nível similar. Tabela 10: Oligonucleotídeos para qRT-PCR A sample was collected by centrifugation (6000 x g, 5 min, 4 °C). RNA was isolated by suspending the cell pellet in 100 μL of lysozyme solution (50,000 U lysozyme, 10% SDS, 10 mM Tris-HCl, 0.1 mM EDTA, pH 8). After 5 min, 350 ml of lysis buffer (containing 10 μL of 2-mercaptoethanol) was added. The cell suspension was mechanically disrupted by passing it through an 18–21 gauge needle five times. RNA was then isolated using the PureLink™ RNA Mini kit (Invitrogen) and eluted in 100 μL of RNase-free water. RNA was verified via PCR and gel electrophoresis and quantified spectrophotometrically and treated with DNase I (Roche) if necessary. RNA quality and integrity were verified using a Bioanalyzer (Agilent Technologies). The reverse transcription step was performed using the Superscript III Reverse Transcriptase kit (Invitrogen). RT-PCR reactions were performed on the MyiQ Single Color Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Laboratories) in a 15 μl reaction volume with 25 ng cDNA template, 67 nM of each of the primers (Table 11) and 1x iQ SYBR Green Supermix (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA 94547, USA). Guanylate kinase and formate tetrahydrofolate ligase were used as housekeeping gene and non-template controls were included. The reaction conditions were 95 °C for 3 min, followed by 40 cycles of 95 °C for 15 s, 55 °C for 15 s, and 72 °C for 30 s. A melting curve analysis was performed immediately after completion of RT-PCR (38 cycles from 58 °C to 95 °C at 1 °C/s) to detect primer dimerization or other amplification defects. mRNA for all heterologous genes could be successfully detected, showing that the genes are expressed. The signal for all genes was at a similar level. Table 10: Oligonucleotides for qRT-PCR

A invenção foi aqui descrita com referência à determinadas mo- dalidades preferidas para permitir que o leitor pratique a invenção sem expe- rimentação indevida. No entanto, uma pessoa com conhecimentos correntes na técnica reconhecerá facilmente que muitos dos componentes e parâme- tros podem ser alterados ou modificados ou substituídos por equivalentes conhecidos até certo ponto sem nos afastarmos do escopo da invenção. De- verá ser notado que tais modificações e equivalentes são aqui incorporados como se individualmente apresentados. Os títulos, cabeçalhos ou similares são fornecidos para melhorar a compreensão do presente documento pelo leitor e não devem ser lidos como limitativos do âmbito da presente inven- ção.The invention has been described herein with reference to certain preferred embodiments to enable the reader to practice the invention without undue experimentation. However, one of ordinary skill in the art will readily recognize that many of the components and parameters may be changed or modified or replaced by known equivalents to some extent without departing from the scope of the invention. It should be noted that such modifications and equivalents are incorporated herein as if individually set forth. Titles, headings or the like are provided to enhance the reader's understanding of this document and should not be read as limiting the scope of the present invention.

As descrições completas de todos os Pedidos, Patentes e Publi- cações citados acima e abaixo, se houver, são aqui incorporadas por refe- rência. No entanto, a referência a quaisquer Pedidos, Patentes e Publica- ções no presente relatório descritivo não é e não deve ser tomada como um reconhecimento ou qualquer outra forma de sugestão de que eles constitu- em a técnica válida anterior ou parte do conhecimento geral comum em qualquer país do mundo.The complete descriptions of all Applications, Patents and Publications cited above and below, if any, are hereby incorporated by reference. However, reference to any Applications, Patents and Publications in this specification is not and should not be taken as an acknowledgment or any other form of suggestion that they constitute valid prior art or part of the common general knowledge in any country of the world.

Por todo o presente relatório descritivo e nas reivindicações que seguem, a menos que o contexto exija de outra forma, as palavras "compre- ende", "compreendendo" e similares devem ser entendidas em um sentido inclusivo, em oposição a um sentido exclusivo, isto é, no sentido de "incluin- do, porém sem limitações".Throughout this specification and in the claims which follow, unless the context otherwise requires, the words "comprise", "comprising" and the like are to be understood in an inclusive sense, as opposed to an exclusive sense, that is, in the sense of "including but not limited to".

Claims (8)

1. Micro-organismo recombinante que produz 1-butanol, caracte- rizado pelo fato de que o micro-organismo compreende tiolase exógena, de- hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA exógena, crotonase/hidratase de croto- nil-CoA exógena, de-hidrogenase de butiril-CoA exógena e Flavoproteína A e B de Transporte de Elétrons exógenas, em que a tiolase exógena, de- hidrogenase de 3-hidroxibutiril-CoA exógena, crotonase/hidratase de croto- nil-CoA exógena, de-hidrogenase de butiril-CoA exógena, e Flavoproteína A e B de Transporte de Elétrons exógenas são introduzidas por transformação, e em que o micro-organismo recombinante é derivado de uma micro- organismo parental selecionado do grupo consistindo em Clostridium auto- ethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium coskatii e Clostridium ragsdalei.1. A recombinant microorganism that produces 1-butanol, wherein the microorganism comprises exogenous thiolase, exogenous 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, exogenous crotonase/crotonyl-CoA hydratase, exogenous butyryl-CoA dehydrogenase, and exogenous Electron Transport Flavoproteins A and B, wherein the exogenous thiolase, exogenous 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, exogenous crotonase/crotonyl-CoA hydratase, exogenous butyryl-CoA dehydrogenase, and exogenous Electron Transport Flavoproteins A and B are introduced by transformation, and wherein the recombinant microorganism is derived from a parent microorganism selected from the group consisting of autologous Clostridium ethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium coskatii and Clostridium ragsdalei. 2. Micro-organismo recombinante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o micro-organismo compreende ainda um ou mais ácido nucleicos exógenos codificando uma ou mais enzimas seleci- onadas a partir de de-hidrogenase de butiraldeído, de-hidrogenase de buta- nol e uma de-hidrogenase de butiraldeído/de-hidrogenase de butanol bifun- cional.2. Recombinant microorganism according to claim 1, characterized in that the microorganism further comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more enzymes selected from butyraldehyde dehydrogenase, butanol dehydrogenase and a bifunctional butyraldehyde dehydrogenase/butanol dehydrogenase. 3. Micro-organismo recombinante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o micro-organismo compreende ainda um ou mais ácido nucleicos exógenos codificando uma ou mais enzimas seleci- onadas a partir de fosfotransbutirilase, quinase de butirato, óxido-redutase de aldeído dependente de ferredoxina e de-hidrogenase de butanol.3. Recombinant microorganism according to claim 1, characterized in that the microorganism further comprises one or more exogenous nucleic acids encoding one or more enzymes selected from phosphotransbutyrylase, butyrate kinase, ferredoxin-dependent aldehyde oxidoreductase and butanol dehydrogenase. 4. Micro-organismo recombinante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser depositado na DSMZ sob o número de acesso DSM24138.4. Recombinant microorganism according to claim 1, characterized in that it is deposited in the DSMZ under accession number DSM24138. 5. Método para a produção de 1-butanol, caracterizado pelo fato de ser por meio de fermentação microbiana de um substrato gasoso com- preendendo CO, compreendendo adicionar ao substrato o micro-organismo recombinante como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.5. Method for the production of 1-butanol, characterized by the fact that it is by means of microbial fermentation of a gaseous substrate comprising CO, comprising adding to the substrate the recombinant microorganism as defined in any one of claims 1 to 4. 6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o rendimento de 1-butanol é de pelo menos de 0,075 gramas por litro de caldo de fermentação (g/l).6. Method according to claim 5, characterized in that the yield of 1-butanol is at least 0.075 grams per liter of fermentation broth (g/l). 7. Método De Acordo Com A Reivindicação 6, Caracterizado Pelo Fato De Que O Rendimento De 1-butanol É De 0,075 G/L A 20 G/L. 57. The method of claim 6, wherein the yield of 1-butanol is from 0.075 G/L to 20 G/L. 5 8. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o substrato gasoso compreende pelo menos 20% a 100% de CO em volume.8. Method according to claim 5, characterized by the fact that the gaseous substrate comprises at least 20% to 100% CO by volume.
BR112013009552-0A 2010-10-22 2011-09-29 RECOMBINANT MICROORGANISM PRODUCING 1-BUTANOL AND METHOD FOR PRODUCTION OF 1-BUTANOL BR112013009552B1 (en)

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